3D Global Climate Simulations of Synthetic Mars Warming
University Observatory Munich, Faculty of Physics, Ludwig-Maximilians University of Munich（慕尼黑大学物理学院天文台）
本研究利用Generic Planetary Climate Model，通过三维全球气候模拟，探究单次注入辐射活性铝纳米颗粒替代自然尘埃能否克服火星希腊盆地冰-反照率冷却，触发自维持水汽温室效应。
2026-10-20 astro-ph.EP
Could Cirrus Clouds Have Warmed Early Mars?
火星上古老的山谷网络的存在表明，3.8 Ga的气候足够温暖，允许大量的液态水在火星表面流动很长一段时间。然而，产生这种变暖的机制仍然存在争议。一种假设是，火星可能是在含有至少0.25 bar CO2的CO2-H2O大气中通过全球卷云甲板保持温暖的（Urata和Toon，2013）。来自其他过程的初始升温，例如，影响，将需要使这一模式的工作。这些结果是使用CAM三维全球气候模型生成的。在这里，我们使用一个单柱辐射对流气候模式来进一步研究卷云变暖假说。我们的计算表明，卷云甲板可能产生高于冰点的全球平均地面温度，但只有当卷云覆盖率接近75 - 100%，并且其他云的性质（例如，高度、光学深度、粒度）。然而，在更现实的卷云分数，或者如果云参数不是最佳的，卷云不提供必要的变暖，这表明其他温室效应的机制是必要的。
2016-08-12 astro-ph.EP
Methane release on Early Mars by atmospheric collapse and atmospheric reinflation
早期火星河流的一个候选解释是由于表面释放的H $_2$或CH $_4$气体导致大气变暖。然而，目前还不清楚在一次事件中会释放多少气体。我们通过CH $_4$从包合物中快速释放的一种机制模拟CH $_4$释放。通过模拟CH $_4$ -笼形物释放如何受到火星的湿度和大气成分变化的影响，我们发现，CH $_4$笼形物的总释气的很大一部分发生在火星的第一次长期大气崩溃之后。这种大气崩溃引发的CH $_4$释放机制有三个阶段。(1)早期火星二氧化碳大气层的迅速崩溃引发了水冰从高地向两极的缓慢转移。(2)在随后的CO $_2$ -大气再膨胀和CO $_2$ -温室变暖时，低纬度包合物分解并释放甲烷气体。(3)然后甲烷会扰乱大气化学和地面温度，直到光化学过程破坏甲烷。在我们的模型中，我们发现在某些情况下，一个类似泰坦的薄雾层预计将形成，与早期火星表面上丰富的复杂非生物有机物的短暂沉积相一致。我们还发现，这种CH $_4$ -释放机制可以使早期火星变暖，但需要特殊的环境才能释放出10 $^{17}$ kg的CH $_4$，这是强烈变暖所需的最低限度。具体来说，只有当水合物稳定区最初被笼形物占据的比例超过10%时，以及当火星第一次长时间的大气崩溃发生在大气压力> 1巴时，才会发生强烈的变暖。
2019-12-05 astro-ph.EP
Climate Cycling on Early Mars Caused by the Carbonate-Silicate Cycle
几十年来，科学家们一直试图解释早期火星上河流活动的证据，但关于产生它的机制尚未达成共识。一种假设认为，早期火星是由厚厚的温室气体大气变暖的。另一种说法认为，早期火星总体上是寒冷的，但偶尔会因撞击或火山活动增强而变暖。后一种假说很难产生形成火星山谷所需的降雨量，但与地球相比，推断出的低风化率是一致的。在这里，我们提供了一个地球物理机制，可能会导致早期火星上的冰川和冰川消退周期。我们的模型产生了戏剧性的气候周期，冰川期延长，温暖期持续长达1000万年，比其他情景变暖模型产生的时间长得多。这种循环的发生是因为恒星的日射量很低，并且因为CO2的释气不能跟上硅酸盐风化和碳酸盐沉积所消耗的CO2。虽然在我们的模型中，二氧化碳本身并不能使早期的火星冰川消退，但我们假设温室效应是由火星减少的地壳和地幔释放的大量氢气增强的。我们的假设可以通过未来的火星探测来检验，更好地建立山谷形成的时间尺度。
2016-09-02 astro-ph.EP
Limit cycles and the climate history of Mars
Blue Marble Space Institute of Science（蓝星空间科学研究所）
本研究提出火星早期气候存在间歇性极限环，通过碳酸盐-硅酸盐循环调节，解释了河道和三角洲的形成及火星气候历史。
2026-01-14 astro-ph.EP
A billion or more years of possible periglacial/glacial cycling in Protonilus Mensae, Mars
冰期-冰缘期（或冰消期）的长期旋回性和时间序列是地球第四纪地质学的重要内容。相对较新的工作已经开始探索火星中高纬度地形的历史，特别是在北半球，寻找类似的周期性和继承的证据，在中晚亚马逊时代。在这里，我们通过关注Protonilus Mensae [PM]（43-490 N，37-590 E）继续这项工作。更具体地说，我们讨论，描述和评估PM内的一个区域，该区域跨越两个古老单位之间的地质接触：[HNt]，诺亚纪-西方纪过渡单位;和[eHT]早期西方纪过渡单位。eHt单元内的暗色调地形（HiRISE图像ESP_028457_2255）显示了类似于分类分类圆[CSC]的结构的连续覆盖。后者是在地球上的永久冻土区观察到的，在那里，地表水和/或近地表水的冻融循环是司空见惯的，低温扰动也不例外。暗色调地形的陨石坑大小频率分布表明，最小年龄约为100 Ma，最大年龄约为1 Ga。候选CSC的年龄估计值落在该分散范围内。从地质年代学的角度来看，这是迄今为止在火星上发现的最古老的冰缘地貌之一。
2022-10-17 astro-ph.EP
Atmospheric dynamics of IR-active particles released from Mars' surface
Aeolis Research（埃俄利斯研究）；Northwestern University（西北大学）；University of Chicago（芝加哥大学）；Yale University（耶鲁大学）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）；MIT Haystack Observatory（麻省理工学院海斯塔克天文台）；European Center for Medium-Range Weather Forecasts（欧洲中期天气预报中心）；Universidade Federal do Paraná（巴拉那联邦大学）
研究通过火星大气模型探讨了红外活性颗粒释放对火星加热的影响，发现辐射-动力反馈机制在加热和区域扩散中起关键作用。
2026-03-04 astro-ph.EP physics.geo-ph
H$_2$O$_2$-induced Greenhouse Warming on Oxidized Early Mars
在火星早期的氧化环境中存在液态水，这是由最近的火星探索中发现的富锰岩石推断出来的。富锰岩石所暗示的氧化气氛基本上由CO $_2$和H $_2$ O组成，没有任何还原的温室气体，如H $_2$和CH $_4$。然而，到目前为止，人们一直认为，如果没有减少温室气体的存在，早期的火星不可能足够温暖，以维持液态水的存在。在这里，我们提出H $_2$ O $_2$可能是负责加热氧化早期火星表面的气体。我们的一维大气模型表明，只有1 ppm的H $_2$ O $_2$就足以使行星表面变暖，因为它对远红外波长有很强的吸收，其中对于压力为3 bar的CO $_2$大气，地面温度可能达到273 K以上。由于在缓慢凝结条件下的快速光化学生成，潮湿和氧化的大气层预计将在其高层大气中保持足够量的H $_2$ O $_2$气体。我们的研究结果表明，在氧化的早期火星上可能保持着温暖潮湿的环境，从而表明其古老的大气氧化还原状态和可能的水环境之间可能存在联系。
2020-12-22 astro-ph.EP physics.ao-ph
A research roadmap for assessing the feasibility of warming Mars
University of Chicago（芝加哥大学）；Astera Institute（Astera研究所）；Los Alamos National Laboratory（洛斯阿拉莫斯国家实验室）；MIT Haystack Observatory（麻省理工学院海斯塔克天文台）；JPL-Caltech（加州理工学院喷气推进实验室）；Harvard University（哈佛大学）；Northwestern University（西北大学）；Stanford University（斯坦福大学）；University of Florida, Gainesville（佛罗里达大学盖恩斯维尔分校）；Aeolis Research（Aeolis研究）；Pioneer Labs（先锋实验室）；Terraform Industries（地球化工业）；University of Central Florida（中佛罗里达大学）；Weill Cornell Medicine（威尔康奈尔医学院）；Breakthrough Initiatives（突破计划）；SynBioBeta；University of Edinburgh（爱丁堡大学）
本文提出通过三种互补方法评估加热火星的可行性，包括固态温室膜、轨道反射器和增强自然温室效应，同时讨论地球测试和潜在风险。
2026-04-02 astro-ph.EP astro-ph.IM physics.geo-ph
The geological and climatological case for a warmer and wetter early Mars
火星早期的气候仍然是一个激烈争论的话题。古代地形保存了与河道、湖盆甚至可能是海洋相一致的景观，因此也就保存了40亿年前火星表面流动的液态水。然而，尽管有地质证据，确定支持液态水的气候条件持续了多久仍然不确定。气候模型一直在努力产生足够温暖的表面条件，因为年轻的太阳微弱-即使假设早期的大气层密度更高。通过补充大气中的CO2和H2O变暖，二次温室气体或云可能会维持温暖的气候。或者，火星气候可能主要是寒冷和冰冷的，由陨石撞击，火山爆发，甲烷爆发或极限循环引发的短暂变暖事件。在这里，我们认为，温暖和半干旱的气候能够产生雨水是最符合地质和气候学的证据。
2018-10-03 astro-ph.EP
Modelling the long-term impacts of artificial warming on the Martian water cycle and surface ice distribution
Astera Institute（阿斯特拉研究所）；University of Chicago（芝加哥大学）；Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
研究通过模型分析人工升温对火星水循环和冰分布的影响，指出升温后大气水蒸气增加，云反馈效应导致温度变化，但需更多数据支持可行性。
2026-03-02 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
The Climate of Early Mars
早期火星气候的性质是行星科学中尚未回答的主要问题之一。关键的挑战依然存在，但新一波的轨道和现场观测以及气候建模的改进在过去十年中取得了重大进展。现在，多条地质证据表明，在3-4 Ga的诺亚纪晚期和西方纪早期，地表存在周期性温暖。火星在最初的10亿年里接收到的太阳辐射量很低，二氧化碳等温室气体的效率也很低，这意味着火星早期的稳定气候可能是寒冷的。一个更稠密的二氧化碳大气层会导致表面的绝热冷却，从而使水冰迁移到更高海拔的赤道和南部地区。短暂的变暖造成冰雪融化，水文循环暂时活跃，导致河谷网络和其他河流地貌受到侵蚀。变暖机制的确切细节尚不清楚，但影响，火山活动和轨道强迫都可能发挥了重要作用。火星大部分古老地形缺乏冰川作用的证据，这表明诺亚纪晚期的地表水不足以维持北部的海洋。虽然火星表面主要是不适合居住的，但早期的火星可能为微生物生命的发展提供了重要的机会。
2016-06-09 astro-ph.EP
A coupled model of episodic warming, oxidation and geochemical transitions on early Mars
用大气演化模型来描述火星的地质仍然是一个重大挑战。火星地质学的特点是，过去的证据表明，表面存在间歇性的液态水，地球化学表明，从潮湿到干燥和氧化性更强的表面条件缓慢而间歇地过渡。在这里，我们提出了一个新的模型，将减少温室气体和氧化由于氢逃逸的随机注射，调查这些不同的意见负责的条件。我们发现，火星在其早期历史中可能反复地从还原（富含H2）过渡到氧化（富含O2）的大气条件。我们的模型预测了一个普遍寒冷的早期火星，年平均温度低于240 K。如果峰值还原气体释放率和背景CO2水平足够高，它仍然表现出足够的阶段性温暖间隔，以降解火山口壁，形成山谷网络，并创造其他河流/湖泊特征。我们的模型还预测了大气中O2的瞬时积累，这有助于解释盖尔陨石坑中锰氧化物等氧化矿物的发生。我们认为，明显的Noachian-Hesperian过渡页硅酸盐沉积到硫酸盐沉积约35亿年前可以解释为一个综合的结果，增加行星氧化，减少地下水的可用性和不断减弱的火流星撞击通量，这大大减缓了表面硫酸盐的再活化和热化学破坏。最终，火星早期气候和表面化学的快速和重复变化将为任何新兴的微生物生命带来挑战和机遇。
2021-03-11 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Inverted Channel Belts and Floodplain Clays to the East of Tempe Terra, Mars: Implications for Persistent Fluvial Activity on Early Mars
火星早期的气候是尚未解决的主要问题之一。目前还不清楚早期的火星是温暖潮湿还是寒冷冰冷。火星上的形态特征，如蜿蜒的山脊，可以为解决这一问题提供关键的限制。在这里，我们调查了火星坦佩Terra东部的几个蜿蜒的山脊，发现它们可能记录了早期火星上持续的河流活动。我们的分析表明，这些山脊可能代表了在重要的地质时期内由曲流河形成的河道带和漫滩沉积的折返。层状蒙皂石矿物，沿山脊侧翼分布，可能是碎屑或自生洪泛平原粘土。我们的地层关系的解释表明，层状蒙皂石轴承材料之间的通道带沉积物，支持河漫滩的解释。我们的研究结果表明，一个持续的变暖事件已经持续了一个地质意义上的间隔（>1500年）在火星的诺亚纪时期。
2020-09-06 astro-ph.EP
Climate simulations of early Mars with estimated precipitation, runoff, and erosion rates
关于火星早期气候的争论是行星科学中最有趣的争论之一。虽然地质证据通常支持更温暖和更潮湿的气候，但气候模型很难模拟这种情况，导致一些人认为火星表面观察到的河流地质（例如山谷网络，修改景观）可能是在寒冷的气候中形成的。然而，正如我们最初使用单柱辐射-对流气候模型[Ramirez et al. 2014 a]预测的那样，早期火山活跃的火星上CO2-H2碰撞诱导吸收（CIA）导致的变暖可能使平均地面温度升高到冰点以上，后来的计算表明，这是可以实现的，氢浓度低至~ 1%。然而，这些预测应该用更复杂的模型来检验。在这里，我们使用一个先进的能量平衡模型，其中包括北部低地海洋表明，平均地面温度接近或略高于水的冰点是必要的雕刻山谷网络。我们的设想与已经提出的相对较大的海洋相一致。在随后的移除过程之前，山谷网络分布将是全球性的。在较低的平均地面温度和较小的海洋规模，降水和表面侵蚀效率减少。温暖期可能在1000万年以下，这可能表明不需要情景性变暖机制。一旦表面冰层覆盖超过CIA假设的阈值，大气崩溃和永久冰川条件就会发生。我们的研究结果支持早期温暖和半干旱气候与许多地质观测相一致。
2020-03-11 astro-ph.EP
Far infrared measurements of absorptions by CH4+CO2 and H2+CO2 mixtures and implications for greenhouse warming on early Mars
我们提出了一个实验研究，在40和640厘米$^{-1}$之间的吸收，由CO $_2$，CH $_4$和H $_2$气体以及由H $_2$ +CO $_2$和CH $_4$ +CO $_2$混合物在室温下。一个傅里叶变换光谱仪关联到一个多程池，其光学器件进行调整，以获得152米的路径长度，被用来记录在总压力高达约0.98巴的透射光谱。这些测量提供了关于碰撞诱导吸收（CIA）带以及关于CO $_2$ 15 $μ$ m带的翼的信息。我们的纯气体的CIA的结果，在不确定性，与以前的测定，验证我们的实验和数据分析程序的协议。然后，我们考虑通过H $_2$ +CO $_2$和CH $_4$ +CO $_2$以及纯CO $_2$ 15 $μ$ m带的低频翼的CIA，据我们所知，没有先前的测量。我们通过实验证实了Wordsworth et al. 2017的理论预测，即在50-550 cm $^{-1}$区域，H $_2$ +CO $_2$和CH $_4$ +CO $_2$ CIA分别显著强于H $_2$ +N $_2$和CH $_4$ +N $_2$。然而，我们发现，这些记录的CIA的形状和强度与上述预测不同。对于纯CO的$_2$线翼，我们表明，无论是$χ$ -因子推导出的测量附近4 $μ$ m和线混合模型非常好地描述所观察到的强烈的亚洛伦兹行为在500-600厘米$^{-1}$区域。这些实验结…
2018-11-21 astro-ph.EP physics.atm-clus physics.chem-ph
Effect of Mars Atmospheric Loss on Snow Melt Potential in a 3.5-Gyr Mars Climate Evolution Model
后诺亚纪火星古河道表明，大约3.5 Gya后火星表面存在液态水（Irwin等人，2015; Palucis等人，2016年）。为了探索CO $_{2}$分压和结晶度的变化对地表水存在可能性的影响，我们建立了一个零维表面能平衡模型。我们结合这个模型与物理上一致的轨道历史跟踪条件在过去的3.5 Gyr的火星历史。我们发现，对于对应于$dP/dt \propto t^{-3.73}$或更快的指数损失率的大气压力，允许熔化，但是如果我们假设由火星大气和挥发性演化（MAVEN）任务进行的初始测量所计算的速率在$0.5 σ$范围内，则我们假设由MAVEN测量的所有逸出的氧气都来自大气CO $_{2}$（Lillis等人，2017; Tu等人，2015年）。假设在每个火星年最温暖的部分期间有最佳的融化条件，以这种损失率融化与西方河流网络形成的选定关键地质约束相匹配（Irwin等人，2015; Stopar等人，2006; Kite等人，2017年a，b）。大气压力对表面能的影响比火星平均湿度的变化更大。这些结果表明，MAVEN对大气损失的初步测量结果与大气损失是将火星从允许融化的气候转变为不允许融化的气候的主要过程相一致（Jakosky等人，2017年），但如果$<2$ Gya古通道得到证实，或者如果MAVEN测量的大部分逃逸氧气来自H $_{2}$ O，则需要非CO $_{2}$升温。
2018-02-28 astro-ph.EP
Early Mars volcanic sulfur storage in the cryosphere and formation of transient SO2-rich atmospheres during the Hesperian
在先前的论文（Chassefière等人，Icarus 223，878-891，2013），我们已经表明，释放到早期火星大气中的大多数火山硫可能以CO2-SO2包合物的形式被困在冰冻圈中。大量的硫，高达相当于~1巴大气中的SO2，将储存在诺亚冰冻圈中，然后在西方时期，由于二氧化碳压力迅速下降，大量释放到大气中。这将导致形成大型硫酸盐沉积物，主要在西方地形中观察到，而在诺亚纪没有或很少发现硫酸盐。在本文中，我们首先澄清我们以前的工作的一些方面。我们讨论了硫颗粒的较小冷却效应，甚至净变暖效应的可能性。我们指出的事实，CO2-SO2笼形物形成通过一个渐进的富集预先存在的水库CO2笼形物和讨论过程中可能涉及的缓慢形成的SO2丰富的上层冰冻圈。我们发现，在西方突然不稳定的情节可能会产生1000 ppmv的SO2在大气中，并有助于保持水的冰点以上的地面温度。
2016-02-10 astro-ph.EP
3D Modelling of the climatic impact of outflow channel formation events on Early Mars
火星的特点是由灾难性的地下水引起的地表洪水，形成了大量的外流通道，可能在西方时代改变了气候。特别是，据推测，这些事件可能引发了大量降雨，并导致后期山谷网络的形成。我们提出的3-D全球气候模式模拟的结果再现了短期和长期的气候影响的范围广泛的外流通道形成事件在寒冷的古代火星条件下。我们发现，这些事件中最强烈的事件（水体积高达10 $^7 $ km $^3$，并在温度高达320开尔文时释放）不能引发长期的温室效应全球变暖，无论外部条件如何有利（例如湿度和季节）。在任何情况下，在任何大气压下的外流通道形成事件都不能在$^{\circ}$ N以下的纬度产生降雨或显著的融雪。在长期，$\sim $ 45 $^{\circ}$和大气压力$>$ 80毫巴的结晶度，我们发现，湖冰（流出事件后迅速形成）是通过升华和绝热冷却机制逐步向南输送。与此同时，只要最初的水库没有完全升华，冰沉积物仍然存在于西Echus Chasma高原地区，在那里已经观察到与流出通道形成事件同时发生的水文活动的迹象。然而，由于冰的高度膨胀使火星温度更低，季节性太阳强迫产生的融雪很难实现。
2017-01-26 astro-ph.EP
Feasibility of keeping Mars warm with nanoparticles
本文提出用火星易得材料制成的导电纳米棒形成人工气溶胶，模型显示以30升/秒持续释放可使火星全球升温逾30 K并融冰，效率远超温室气体。
2024-09-05 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Stratigraphy of Aeolis Dorsa, Mars: stratigraphic context of the great river deposits
解开地层记录是了解火星古代气候和过去气候变化的关键。河流沉积物按地层顺序排列时，可能会限制火星历史上最潮湿气候的数量、强度和持续时间。我们建立了河流沉积物的地层环境，在Aeolis Dorsa沉积盆地，10 E的盖尔陨石坑。在这里，风挖出了一个地层剖面，其中包含>=4个不整合面边界的沉积岩包，记录了>=3个不同的地表径流事件。早期沉积物（> 700 m厚）被河流沉积物（> 400 m）包围，河流沉积物又被扇形沉积物（<100 m）不整合地覆盖，我们将其解释为冲积扇。Yardang形成的矿床（>900米）不整合地覆盖所有以前的矿床。河流沉积物形成一个解剖的沉积岩景观，包括>=2个可区分的单元。河流沉积的总跨度大于（1x10^6-2x10^7）年;如果我们包括冲积扇沉积，则跨度更大。冲洪积扇沉积不整合地晚于横切河流沉积的逆冲断层。我们推断，在河流沉积形成之后和扇形沉积形成之前，有一个大于4x10^7年的相对干燥的时间间隔。河流沉积结束与雅丹形成沉积开始之间的时间间隔被嵌入不整合面的撞击坑密度限制在10^8年以上。我们将雅丹形成的沉积物与盖尔陨石坑丘（Mt.夏普/埃奥利斯山），和扇形存款和平谷风扇。低与高平均盐度之间的交替可能调制了伊奥利斯的侵蚀-沉积循环。这与太阳系轨道演化的模拟结果以及由此产生的火星演化历史是一致的。几乎所有的模拟都产生了连续低平均火星丰度的间隔，这些间隔足够长，可以…
2017-12-10 astro-ph.EP
UV production of methane from surface and sedimenting IDPs on Mars in light of REMS data and with insights for TGO
本文改进了模型预测的甲烷生产的紫外线照射行星际尘埃颗粒（IDP），现在火星科学实验室（MSL）火星车上的火星车环境监测站（REMS）仪器已经取得了第一次测量的紫外线环境在火星表面上，在盖尔陨石坑。一旦这些测量包括在一个紫外辐射转移模型，我们发现，模拟的紫外线溶胶集成能量在整个地球上平均低于35%的测量前估计，考虑到所有纬度和季节。这种减少反过来又减少了预计从个别积累的IDPs产生的甲烷，延长了它们的寿命，增加了必须积累的有机物的表面浓度，以释放足够的甲烷来平衡有机化合物对火星的积累。合理积累的内流离失所者的排放量可能高达约7.9 × 10 ^-4 ppbv sol^-1。地表沉积的有机碳越丰富，释放的甲烷浓度可能不超过3.9 ppbv sol^-1。对大气沉降过程中IDP产生的甲烷的研究表明，流星流中不超过0.32%的有机碳可能沉积在大气中。因此，这种过程既不能解释甲烷中观察到的峰值，也不能解释MSL观察到的低平衡值。相反，如果每年有< 80吨有机碳存活到地表，甲烷的大气寿命< 110年或UV-CH 4过程的效率<7%，则可以解释这种差异。假设减少碳输入循环在火星系统从这些过程中，土壤中的有机碳浓度和大气测量的甲烷观测MSL是一致的UV-CH 4过程。这种对国内流离失所者甲烷生产的改进及其地理和垂直影响。<abstract continues in paper>.
2017-10-03 astro-ph.EP
Comparison of "warm and wet" and "cold and icy" scenarios for early Mars in a 3D climate model
我们使用一个三维大气环流模型来比较原始的火星水文循环在“温暖和潮湿”和“寒冷和冰冷”的情况。在温暖和潮湿的情况下，需要人为地将异常高的太阳通量或强烈的温室变暖添加到气候模型中，以保持温暖的条件和无冰的北部海洋。降水表现出强烈的地表变化，Hellas盆地和塔尔西斯西部的降水率很高，但Margaritifer Sinus周围的降水率很低（尽管如此，观察到的流域网络排水密度很高）。在寒冷和结冰的情况下，雪的迁移是一个函数的湿度和表面压力，有限的幕式融化是可能的，通过季节性，火山和影响力的组合。在地面压力高于避免大气崩溃所需的压力（约0.5巴）和中等至高的湿度下，雪被输送到赤道高地地区，那里的山谷网络密度最高。伊奥利斯四边形的积雪量很高，这表明盖尔陨石坑不需要无冰的北部海洋来供水。在较低的表面压力和湿度下，H2O和CO2都被困在两极的冰中，赤道地区变得非常干燥。山谷网络分布与41.8度寒冷和结冰模拟产生的积雪呈正相关，但与温暖和潮湿模拟产生的降水无关。由于我们的模拟对不同气候情景下的降水模式做出了具体的预测，它们激发了未来有针对性的地质研究。
2015-06-16 astro-ph.EP
Aerosols and tides in the martian tropics during southern hemisphere spring equinox from Mars Climate Sounder data
我们分析了火星气候探测器在热带地区的温度和气溶胶数据，以研究大气潮汐及其与尘埃和水冰分布的关系。研究结果表明，在火星29-35年（MY 29-35）的南半球春分，在同一时间内，MY 29年出现了其他年份所没有的大幅度非迁移热潮。与其他年份相比，夜间温度最受干扰，在35-55公里高度处有强烈的逆温。对不同当地时间数据的分析表明，MY 29上午03：45的温度和水冰云与其他年份上午05：00的温度和水冰云更接近，这表明周日潮汐的相位向当地时间提前。这种相移，以及大幅度的非迁移热潮汐，似乎与早期的尘埃活动。在MY 29中，两次早期沙尘暴发生在热带地区的上升流附近，与哈德利环流有关，使沙尘能够被输送到更高的高度，在那里它具有更大的辐射影响。除了尘埃，水冰云也被发现影响潮汐结构。由于非迁移潮汐的相互作用，水冰云在夜间出现在两个离散的纵向区域。辐射冷却的增加导致云上下沉流的增加，导致绝热变暖的增加和逆温的加强。
2020-11-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
3D modelling of the early Martian Climate under a denser CO2 atmosphere: Temperatures and CO2 ice clouds
根据地质证据，人们常说，由于厚厚的大气层的温室效应，早期火星的气候温暖到足以让液态水在表面流动。我们提出了早期火星气候的三维全球气候模拟，假设一个微弱的年轻太阳和二氧化碳大气压力在0.1和7巴之间。该模型包括一个详细的辐射转移模型，使用修订后的CO2气体碰撞引起的吸收特性，和CO2冰云微物理和辐射特性的参数化。通过使用不同的湿度值、轨道参数、云微尺度参数、大气尘埃负荷和表面特性，探索了各种可能的气候。与今天的火星不同，当压力高于一个巴的几分之一时，地面温度会随着高度的变化而变化，这是因为大气层垂直移动时会绝热冷却和加热。在大多数模拟中，CO2冰云覆盖了地球的大部分，但温室效应不超过+15 K。我们发现，二氧化碳大气不可能使地球上任何地方的年平均温度升高到0°C以上。大气崩溃成永久的二氧化碳冰帽预测压力高于3巴，或相反，如果湿度足够低，在压力低于1巴。夏季日平均地面温度高于0°C（这是一种可能形成河流的条件），在高纬度地区，但不是在大多数山谷网络观测的地方。在没有其他变暖机制的情况下，我们的气候模型结果因此与火星早期寒冷的情景相一致，其中必须发生非气候机制来解释液态水的证据。在华兹华斯等人的一篇配套论文中，我们模拟了这样一个星球上的水文循环。
2012-10-15 astro-ph.EP
Revisiting the scattering greenhouse effect of CO2 ice clouds
二氧化碳冰云被认为在寒冷的类地行星中起着重要作用，这些行星的大气层以厚厚的二氧化碳为主。先前的各种研究表明，二氧化碳冰云的散射温室效应可能导致行星表面的大规模变暖。然而，所有这些研究都只采用简化的双流辐射转移方案来描述各向异性散射。使用精确的辐射转移模式与一般的离散纵坐标方法，这项研究重新审视这一重要的影响，并表明，积极的气候影响的二氧化碳云强烈高估了过去。修正后的散射温室效应可能对早期火星有重要意义，但也对早期地球这样的行星或宜居带外边界的位置有重要意义。
2016-01-06 astro-ph.EP
A nitrogen-rich atmosphere on ancient Mars consistent with isotopic evolution models
火星大气中氮同位素的比例是制约火星大气演化的关键因素。然而，由于溅射和光化学过程造成的大气损失，预计重同位素的富集程度大于测量值。一个大规模的，多酒吧早期的二氧化碳为主的大气和最近的火山出气已被提出来解释这种差异，许多以前的模型已经假设大气氮迅速达到稳定状态，损失到空间平衡火山出气。在这里，我们使用随时间变化的模型表明，火星大气中氮的丰度和同位素组成可以用一系列进化情景来解释，在这些情景中，氮的初始分压足够高，无法达到稳定状态，氮水平逐渐下降到今天的值超过40亿年。我们的解决方案不需要一个多酒吧早期的CO2大气，并与火山出气地质测绘和大气中的36 Ar/38 Ar比表示一致。包括这些情景的蒙特卡罗模拟估计，在38亿年前形成山谷网络时，N2的分压为60 - 740毫巴（90%置信度，中值为310毫巴）。我们认为，如此高的氮分压可能对早期火星的变暖有很大的贡献。
2022-02-10 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Measurements and semi-empirical calculations of CO2+CH4 and CO2+H2 collision-induced absorption across a wide range of wavelengths and temperatures. Application for the prediction of early Mars surface temperature
最近出现了一种有希望的情景，使早期火星表面变暖，足以推动迄今为止在火星表面发现的山谷网络和其他古老的水特征的形成。在这里，我们提出了一系列的实验和计算，以更好地约束CO2+ CH 4和CO2+H2碰撞诱导的反射（CIA），以及它们对早期火星地面温度的预测的影响。首先，我们进行了一组新的实验测量（使用AILES线的SOLEIL同步加速器）的CO2+ CH 4和CO2+H2 CIAs。这些测量结果证实了Turbet et al. 2019，Icarus vol. 321的先前结果，同时显著降低了实验的不确定性。其次，我们将半经验模型拟合到这些CIA测量结果中，使我们能够在宽光谱域（0- 1500 cm-1）和宽温度范围（100- 600 K）内计算CO2+ CH 4和CO2+H2 CIA。最后，我们进行了1-D数值辐射对流气候计算（使用LMD通用模型），以计算预期的地面温度的表面上的早期火星的几个CO2，CH 4和H2的大气含量，考虑到这些修订后的CIA的辐射效应。这些计算表明，厚厚的CO2+H2为主的大气仍然是一个可行的解决方案，使火星表面升温到水的熔点以上，但不是CO2+ CH 4为主的大气。我们计算的CO2+ CH 4和CO2+H2 CIA光谱和预测的早期火星地面温度提供给社会供未来使用。
2020-04-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.atm-clus
Chaos, storms and climate on Mars
朱文泰峡谷附近高原上的通道网络具有火星上报告的最高排水密度。我们模拟了朱文泰高原上的冰冻降水，发现形成这些通道网络的触发因素可能是短暂的湖岸降水，并且它们不需要过去的温度高于今天。如果短期和局部事件解释了火星上的一些树枝状通道网络，这将削弱树枝状山谷网络与维持生命的地表气候条件之间的联系。我们的分析使用MRAMS模拟和HiRISE DTM。我们模拟了外流通道形成期间由短暂湖泊释放的水蒸气驱动的局部天气系统。在Juventae Chasma，平均降雪量在裂缝西南边缘达到最大值0.9 mm/hr水当量。厚云层的辐射效应提高了最大值。（最小，平均）平台地面温度高达24 K（9 K，17K）局部。关键的结果是，模拟的最大降水面积与绘制的Juventae高原通道网络显示出惊人的对应关系。三种独立的方法表明，这种拟合不太可能是我们使用积雪能量平衡模型来表明，如果雪具有灰尘的能量，（0.28），太阳光度为0.8（$\equiv$ 3.0Gya），则如果大气温室效应从（比今天高6 K），只有0.4%（21%）的湖泊引起的降水事件产生积雪融化。然而，与此相关的高密度云层覆盖导致的变暖将允许在更大范围的条件下融化。2在这些局部降水的情况下，全球气温不需要比今天高，地球上的其他地方仍然干燥。
2010-12-31 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Terraforming Mars: Mass, Forcing, and Industrial Throughput Constraints
Jet Propulsion Laboratory, California Institute of Technology（加州理工学院喷气推进实验室）
通过系统级约束分析，评估了火星改造中大气压、温度、工业规模等关键限制，指出开放大气改造不可行，而区域封闭式改造在近期工业规模上可行。
2026-04-20 astro-ph.EP astro-ph.IM
Can Volcanism Build Hydrogen-Rich Early Atmospheres?
岩石行星大气层中的氢被用于通过N2-H2和CO2-H2温室效应扩大宜居带的论点，并提供适合于有效生产益生分子的大气条件。在地球和超级地球大小的天体上，富含H2的原始包层很快就会流失到太空中，火山放气可以作为氢源，只要它与大气层顶部的流失率平衡。在这里，我们表明，类地行星和类火星行星都可以在相关的岩浆fO 2范围内维持几个百分点的大气H2分数。一般来说，这需要氢逸出以稍微低于扩散极限的效率操作。我们使用的岩浆脱气，以确定哪些组合的岩浆氧化，火山通量和氢逃逸效率可以建立可观的水平的氢在行星的次级大气中。在一个类似于太古代地球的行星上，具有类似的岩浆fO 2，我们认为大气氢的混合比例可能在0.2- 3%的范围内。一颗行星在铁-Wustite（IW）缓冲区周围爆发岩浆（即，比太古代地球低~3 log fO 2单位），但在其他方面与早期地球相似的火山通量和H2损失率，可以维持大约10-20% H2的大气。对于一个早期的类火星行星，在IW周围有岩浆，但与地球相比，其表面压力和火山通量的范围较低，大气中的H2混合比例可能为2-8%。在早期的火星上，这种H2混合比例可能足以使火星冰川消退。然而，这些结果的敏感性，原生岩浆水含量和火山通量表明，需要改进的限制，早期火星的地壳循环效率和地幔水含量。
2020-07-23 astro-ph.EP physics.geo-ph
The environmental effects of very large bolide impacts on early Mars explored with a hierarchy of numerical models
我们使用一个层次的数值模型（3-D全球气候模型，1-D辐射对流模型和2-D地幔动力学模型）来探索早期火星大气，表面和内部的巨大影响的环境影响。使用1-D和3-D气候模拟相结合，我们表明，在火星上记录的最大的影响事件的环境影响的特点是：（一）短的影响引起的温暖期;（二）少量的水的水文循环;（三）洪水式降水;和（四）降水模式，是不相关的观测区域的山谷网络。我们表明，Segura等人2012年预测的撞击引起的稳定失控温室状态在物理上是不一致的。我们证实了Segura等人2008年和Urata & Toon 2013年的结果，即水冰云可以显着延长撞击后温暖期的持续时间，甚至云覆盖率低于Ramirez & Kasting 2017年的预测。然而，这种方案适用的云微物理特性范围非常窄。使用2-D地幔动力学模拟，我们发现，大的影响可以提高近地表的内部热通量高达几百毫瓦/米$^2$（即高达$\sim$ 10倍的环境通量）数百万年在撞击坑的边缘。然而，这样的内部热通量不足以保持火星表面高于水的熔点。我们的数值结果支持Palumbo & Head 2018的预测，即非常大的撞击引起的降雨可能导致陨石坑退化并形成平滑的平原，可能会消除以前可见的表面形态历史。这样的热液也可能导致形成的水蚀变产物的诺亚时代的地形。
2020-04-08 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Smaller Sensitivity of Precipitation to Surface Temperature under Massive Atmospheres
降水及其对强迫的响应是行星气候系统的一个重要方面。在这项研究中，我们研究了不同的大气质量的实验中的降水强度及其对地面变暖的响应，使用三个全球大气环流模式（GCMs）和一个区域云解析模式（CRM）。我们发现，当大气质量较大时，对于给定的地面温度，降水是较弱的。大气质量越大，降水量随地面温度升高的增加率越小。这些行为可以基于大气或表面能平衡来理解。大气质量影响瑞利散射、大气中的多次散射、压力展宽、直减率，从而影响降水强度。这些结果对早期地球、早期火星和有海洋的系外行星的气候和宜居性具有重要影响。
2022-09-06 astro-ph.EP physics.ao-ph
The effect of core formation on surface composition and planetary habitability
一个分化的行星地幔的熔融生产力主要由其铁含量控制，而铁含量本身近似于行星的核心质量分数（CMF）。在这里，我们表明，估计系外行星的CMF允许强大的预测的厚度，成分和矿物学的衍生地壳。这些预测的地壳成分允许限制放置在表面和深层行星内部之间的挥发性循环，与可居住的行星表面的演变的影响。具有大型类地CMF（$\geq$ 0.32）的行星将呈现出薄壳，无法有效地将地表水和其他挥发物输送到下面的地幔中。相比之下，具有较小CMF（$\leq$ 0.24）和更高，类似火星的地幔铁含量的岩石行星将发展能够稳定含水矿物的厚壳，这可以有效地将挥发物隔离到行星内部，并在与演化相关的时间尺度上去除表面水。核心形成的程度对随后的行星表面环境有着深远的影响，并可能为寻找可居住的类地系外行星提供额外的限制。
2021-04-21 astro-ph.EP
3-D Global modelling of the early martian climate under a dense CO2+H2 atmosphere and for a wide range of surface water inventories
CO2+H2温室效应最近被认为是一个有希望的情景，足以使早期火星表面变暖，从而形成山谷网络和湖泊。在这里，我们提出了数值的3-D全球气候模拟的早期火星气候，我们已经进行了假设稠密的CO2+H2大气。我们的气候模型来自Forget et al.（2013）和Wordsworth et al.（2013）的早期工作，与火星冰川和湖泊长期演化的异步模型相结合。模拟在40°赤道进行，以研究（i）水含量和（ii）H2含量（添加到1或2巴的CO2中）如何塑造早期火星的气候和水文循环。我们表明，绝热冷却机制（华兹华斯等。2013），导致冰沉积物在寒冷的气候（所谓的“冰高地”）南部高地的积累也适用于温暖的气候，与撞击坑湖作为主要的水库。这产生的降雨主要集中在火星南部高地。如果调整（i）CO2和H2的量，（ii）水库的大小和位置，以及（iii）古老的地形（即通过删除Tharsis），模拟中的地表径流（来自降雨或融雪）的空间模式可以匹配-除了少数例外-观察到的山谷网络和撞击坑湖泊的分布。虽然我们的研究结果是在富含H2的CO2为主的大气中获得的，但它们也应该适用于评估早期火星上强大的长寿命温室气体的任何组合的影响。
2021-03-18 astro-ph.EP physics.ao-ph physics.geo-ph
Day-night cloud asymmetry prevents early oceans on Venus but not on Earth
地球上有海洋已经有将近40亿年了，火星上有湖泊和河流35 - 38亿年前。然而，水是否曾经在金星表面凝结仍然是个未知数，因为这颗行星-现在已经完全干燥-经历了全球性的表面重塑事件，掩盖了它的大部分历史。水最初在太阳系类地行星表面凝结所需的条件是高度不确定的，因为迄今为止只使用一维数值气候模型进行研究，无法解释大气环流和云的影响，而这些是关键的气候稳定因素。在这里，我们使用三维全球气候模型模拟早期金星和地球的水云-这优先形成在夜面，由于强烈的太阳下水蒸气吸收-有一个强大的净变暖效应，抑制地表水冷凝，即使在温和的日照（低至325 W/m2，即0.95倍的地球太阳常数）。这表明水从未凝结，因此，金星表面从未形成海洋。此外，这表明地球海洋的形成需要比今天低得多的日照，这是由于年轻的太阳微弱。这也意味着现今地球存在另一种稳定状态：“蒸汽地球”，所有来自海洋的水都蒸发到大气中。
2021-10-17 astro-ph.EP physics.ao-ph
Global modelling of the early Martian climate under a denser CO2 atmosphere: Water cycle and ice evolution
我们讨论了早期火星气候的3D全球模拟，我们假设一个微弱的年轻太阳和稠密的二氧化碳大气。我们包括一个自洽的水循环表示，大气-地面相互作用，大气传输，并考虑到CO2和H2O气体和云的辐射效应。我们发现，对于大气压力大于一个酒吧的一小部分，绝热冷却效应导致南部高原山谷网络地区的温度显着低于全球平均水平。长期气候演变模拟表明，在这种情况下，水冰从低洼地区被输送到高地，以获得广泛的轨道曲率，而不管塔尔西斯隆起的程度如何。此外，南极还形成了一个延伸的水冰帽，大致对应于诺亚纪/西方纪的Dorsa Cortea地层。即使对于多巴的CO2大气，条件也太冷，不允许长期的表面液态水。在某些地方，在温暖的夏季会发生有限的融化，但这只是在表面的热惯性和热惯性条件下，对水冰来说可能是不现实的。尽管如此，陨石撞击和火山活动可能会在这种条件下造成强烈的间歇性熔融。由于冰迁移到更高的海拔是一个强大的机制，为补给高原水源后，这样的事件，我们认为，这种全球零度以下，'冰冷的高地'的情况下，晚诺亚纪气候可能足以解释大部分的河流地质，而不需要调用额外的长期变暖机制或早期温暖，潮湿的火星。
2012-11-22 astro-ph.EP physics.geo-ph
