火星中緯度の地下氷は過去の氷床の残存物である

火星の土の下に隠れた氷

火星を想像すると、乾燥した砂漠を思い浮かべるかもしれません。しかし、その粉塵で覆われた表面の地下、特に中緯度域では、数十センチ下にほぼ純粋な水氷が大量に存在することが明らかになっています。本研究は、今後の探査と火星気候の理解にとって重要ないくつかの単純な疑問を投げかけます：その埋もれた氷は過去の氷河期の名残なのか、そしてどれくらい長い間そこに隠れていたのか？

火星の氷が隠れている場所

探査機は複数の方法で地表下の水を検出してきました。軌道からの中性子測定、レーダー反射、明るい物質を露出させる新しい隕石孔、着陸機の観測、季節による地表温度の変化などが含まれます。これらの手法は、北緯約40度から55度付近、さらには赤道側の約35度までの範囲で、地表のすぐ下に比較的きれいな氷の層があることを示しています。多くの場所でこの氷は地表から1メートル未満にあり、今日の薄くて冷たい大気下では氷は極地に近い場所でしか安定しないとする単純なモデルからすると驚きです。

氷ができた仕組み

地表下に氷が集まる主な経路は二つあります。土壌の空隙内で水蒸気が下方へ染み込みながらゆっくりと成長する場合と、表面に降った雪や霜のブランケットとして始まり、その後縮小して表面に塵の被覆を残す場合です。最近の隕石孔で露出した中緯度の氷はほとんど塵を含まず、不純物は2％未満です。その純度の高さは、発生源が表面の降雪や霜であり、続いて氷が大気へゆっくり失われる一方で塵だけが残って断熱層を形成したことを強く示唆します。この塵の被覆は水蒸気の逃避を遅らせると同時に基盤の氷を冷やし、長期間の保存を助けます。

時間を遡る火星の気候再現

著者らは高度な火星気候モデルを用いて惑星の最近の過去を巻き戻しました。火星は地球ほど安定して自転しているわけではなく、その傾き（斜軸）は数十万年から数百万年のスケールで変化します。傾きが今日より大きかった時期には日照パターンが変わり、大気中の水蒸気量が大きく増えて中緯度での降雪や霜の蓄積が可能になりました。チームは過去400万年にわたる温度、塵、二酸化炭素、水の詳細なシミュレーションを行い、どれだけの氷が蓄積し、どれだけ速く縮小し、保護的な塵の層が形成されるにつれてどの深さに達するかを推定しました。

モデルと実際のクレーターの照合

モデルを用いて、研究者たちは約63万年前に火星に表面氷の層が置かれたという仮定から始めました。この時期、惑星の傾きは約35度で、中緯度の氷床が形成されたと考えられています。彼らはその後、現在観測される条件へと変化するにつれてシミュレートした氷がゆっくり後退する様子を追いました。北緯40〜55度の帯では、残存する氷は現在おおよそ20〜150センチの深さにあるはずで、深さは地盤の性質や局所気候によって惑星上で変動すると判定しました。これらの予測深度は、実際に隕石孔で露出した氷の位置や軌道上の中性子観測が示す浅い水の分布とよく一致します。約418万年前というはるかに古い開始時刻を試した場合、予測される氷深度は観測とはあまり一致しなくなりました。

今日の火星にとっての意味

本研究は、火星中緯度の埋もれた氷は、400万年未満、最も可能性が高いのは約63万年前に形成されたより厚い表面氷床の残存物であると結論づけています。それ以来、氷床はゆっくりと縮小し、塵のブランケットが厚くなって残存氷をより深く押し下げ、さらなる喪失を大幅に遅らせてきました。つまり、現在観測される氷は最近の火星の氷期の直接的な名残であり、過去の気候を記録した自然のアーカイブとして機能します。将来の探査にとっては、火星の土のすぐ下に広範かつ比較的アクセスしやすい水源が存在することを示しています。

引用: Vos, E., Forget, F., Lange, L. et al. The Martian mid-latitude subsurface ice is the remnant of a past ice sheet. Commun Earth Environ 7, 412 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03418-x

キーワード: 火星の氷, 地下水, 火星気候, 惑星の傾斜角, 中緯度の永久凍土