​早在1966年加州理工學院的兩名科學家，正在思考稀薄二氧化碳(CO2)火星大氣的含義，這是由噴氣推進實驗室(JPL)建造並飛行的NASA航天器水手4號首次所揭示。他們的理論是：有了這樣的大氣，火星可能會有一個長期穩定的極地二氧化碳冰沉積，而這反過來又將控制全球大氣壓。現在加州理工學院的一項新研究表明：物理學家羅伯特·B·萊頓和行星科學家布魯斯·C·默裡開發的這一理論可能確實是正確的。

二氧化碳佔火星大氣的95%以上，而火星的表面壓力只有地球的0.6%。萊頓和默裡的理論，對火星氣候變化有著巨大的影響，其中一個預測是，當行星在繞太陽執行的軌道上繞軸搖擺時，火星的大氣壓力將會波動，使兩極或多或少暴露在Sunny下。Sunny直射到沉積在兩極的二氧化碳冰上會導致其昇華（物質從固體到氣態的直接轉變）。萊頓和默裡預測，隨著暴露在Sunny下的時間發生變化，大氣壓力可能會在數萬年的週期內，從火星大氣四分之一擺動到今天的兩倍。

現在，加州理工學院為NASA管理的噴氣推進實驗室(JPL)博士彼得·布勒以及加州理工學院、噴氣推進實驗室和科羅拉多大學的同事提出了一個新模型，為支援這一觀點提供了關鍵證據，其研究成果在發表在《自然天文學》期刊。研究小組探索了火星南極存在的一個神祕特徵：大量的CO2冰和水冰在交替的地層中沉積，就像蛋糕的層層一樣，延伸到1公里深，頂部有一層薄薄的CO2冰。這層蛋糕沉積物中的二氧化碳含量相當於今天整個火星大氣中的二氧化碳含量。

從理論上講，這種分層應該是不可能的，因為水冰比二氧化碳冰更熱穩定，更暗；科學家們長期以來一直認為，如果二氧化碳冰被埋在水冰下面，它會很快變得不穩定。然而新模型表明，沉積物的演化可能是三個因素共同作用的結果：①行星自轉傾角(或傾斜度)的變化；②水冰和CO2冰反射Sunny的方式的差異；③CO2冰昇華時大氣壓力的增加。通常情況下，當執行模型時，你不會期望結果與觀察到的結果如此接近。但由模型確定層的厚度，與軌道衛星的雷達測量結果非常吻合。

研究人員認為，沉積物是這樣形成的：在過去的51萬年裡，當火星在其旋轉軸上搖晃時，南極接受了不同數量的Sunny，當兩極接受的Sunny較少時，二氧化碳冰就會形成，當兩極Sunny更充足的時候，它就會升華。當二氧化碳冰形成時，少量的水冰與二氧化碳冰一起被困住。當二氧化碳昇華時，更穩定的水冰被留下來並固化成層。但水層並不能完全封閉沉積物。相反，昇華的二氧化碳提高了火星大氣壓，而含有二氧化碳冰層的蛋糕與大氣平衡發展。

當Sunny再次開始下降時，新的二氧化碳冰層就會在水層頂部形成，這樣的迴圈就會重複。因為昇華事件的強度一般都在下降，所以在水層之間留下了一些二氧化碳冰；因此，二氧化碳和水冰的交替。最深的（因此也是最古老的）CO2層形成於51萬年前，之後是最後一段極地Sunny，當時所有的CO2都昇華到了大氣中。研究對火星巨大壓力波動歷史的確定，是理解火星氣候演變的基礎，包括火星表面附近液態水穩定性和宜居性的歷史。