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Quando la luce solare raggiunge Marte, riscalda la superficie, che poi emette radiazioni infrarosse nello spazio. I gas serra, principalmente CO₂, sono trasparenti alla luce visibile ma assorbono gli infrarossi, creando una coperta che impedisce al calore di fuoriuscire. Il risultato è un leggero riscaldamento che, sulla Terra, aumenta la temperatura di circa 33°C (93°F).
L’atmosfera di Marte è dominata dall’anidride carbonica (oltre il 95% in volume). Il resto è costituito principalmente da azoto, argon, ossigeno e tracce di monossido di carbonio. Sebbene la CO₂ sia un efficace agente serra, la rarefazione dell'aria marziana (circa l'1% della pressione atmosferica terrestre) significa che l'effetto serra è estremamente debole.
Nel 1971 la missione Mariner9 osservò un drammatico aumento della temperatura durante una tempesta di polvere su tutto il pianeta, dimostrando che il carico di aerosol a breve termine può intrappolare temporaneamente il calore. L’astronomo CarlSagan ha osservato che, nelle giuste condizioni, tale riscaldamento potrebbe sciogliere le calotte polari. Le nubi di CO₂ che si formano quando il pianeta viene riscaldato addenserebbero l’atmosfera, creando potenzialmente un circolo vizioso che farebbe aumentare ulteriormente la temperatura superficiale. Alcuni ricercatori ipotizzano che episodi simili potrebbero essersi verificati miliardi di anni fa, forse sostenendo un clima più caldo nella storia primordiale di Marte.
Dato l’attuale debole effetto serra, gli scienziati stanno esplorando modi per riscaldare Marte artificialmente. Una proposta è quella di rilasciare ulteriore CO₂ dalle calotte polari per addensare l’atmosfera, amplificando così il riscaldamento globale. L’esatta quantità richiesta è incerta perché il serbatoio totale di CO₂ nei tappi rimane scarsamente limitato. Idee alternative includono l'iniezione di potenti gas serra come i perfluorocarburi (PFC), che hanno un potenziale di riscaldamento globale più elevato rispetto alla CO₂ ma che dovrebbero essere forniti in grandi quantità.
