火星上的二氧化碳冰块在稀薄大气中滑动并升华时，可能会挖掘出沟壑。在实验室实验中，科学家在模拟火星环境下重现了这些怪异的蠕虫状运动。这些发现有助于解释不寻常的沙丘形态，并加深了我们对外星地貌演化的理解。
多年来，科学家一直怀疑CO2冰可能是造成这些奇特构造的原因，但一直无人能够直接证明这一点。Roelofs通过在实验室中使用CO2冰块制造沟壑取得了成功，复刻了这一地球上不存在且从未被实际观测到的自然过程。
升华
在火星冬季，气温骤降至约零下120摄氏度，冰在沙丘上积聚。随着春天的临近，阳光温暖了坡面，巨大的冰块——有时长达一米——会脱落。由于火星大气稀薄，且温暖的沙地与冰块之间存在巨大的温差，这些冰块的底部瞬间转化为气体，这一过程被称为升华。由于气体占据的空间远大于固态冰，压力迅速积聚，导致冰块看起来像是在“爆炸”。
“在我们的模拟中，我看到这种高气压是如何向四周喷射冰块周围沙子的，”Roelofs说道。结果，冰块钻入坡面，被困在一个由沉降沙粒形成的小脊环绕的凹坑中。“然而，升华过程仍在继续，因此沙子不断向四周喷射。”随着冰块持续气化，它逐渐向下滑动，雕刻出一条两侧带有脊状隆起的长而深的沟槽。这些人工制造的沟壑与火星上观测到的几乎完全吻合。
地貌形成
Roelofs研究塑造火星表面的地质力量。在早期的工作中，她证明了正在升华的CO2冰可以引发碎屑流，沿陨石坑壁切出深邃的通道。“但这项研究中的沟壑看起来不同，”她解释道。“因此，其背后是另一种过程，但究竟是哪一种？这正是我着手去发现的。”
火星模拟舱
她与硕士生Simone Visschers一同前往英国城市米尔顿凯恩斯，以解开这些不寻常沙地沟壑背后的谜团。开放大学拥有一个“火星模拟舱”：一种模拟火星环境的设施。英国地貌学会的资金支持使这次访问成为可能。“我们通过模拟不同陡峭程度的沙丘坡面尝试了各种方法。我们让一块CO2冰从坡顶落下，观察发生了什么，”研究人员陈述道。“在找到合适的坡度后，我们终于看到了结果。CO2冰块开始钻入坡面并向下移动，就像一只打洞的鼹鼠或电影《沙丘》中的沙虫。看起来非常奇怪！”
从冰块到沟壑
但这些冰块究竟是如何形成的？“CO2冰块形成于火星南半球中部的沙漠沙丘上。冬季，一层CO2冰会覆盖整个沙丘场的表面，厚度有时可达70厘米！春季，这层冰开始变暖并升华。剩余的冰最后位于沙丘顶部的背阴面，一旦温度足够高，冰块就会从那里脱落。当冰块到达坡底并停止移动后，冰继续升华，直到所有CO2都气化殆尽。留下的只有沙丘底部的沙坑。”
为什么是火星？
为什么这颗行星如此令人着迷？“火星是我们最近的邻居。它是我们太阳系中唯一靠近‘宜居带’的岩石行星。这一区域距离太阳的距离恰好使得液态水的存在成为可能，而液态水是生命的先决条件。因此，关于生命起源以及可能存在的地外生命的问题，或许能在这里找到答案，”Roelofs说。“此外，研究其他行星地貌结构的形成，是一种跳出思考地球所用框架的方法。这让你能够提出略有不同的问题，进而为地球上的地质过程带来新的见解。”