Het is vandaag koud en droog op Mars. Miljarden jaren geleden was er echter vloeibaar water op het oppervlak – en wetenschappers zijn al lang gefascineerd door hoe de planeet er destijds uitzag. Een nieuwe studie, gepubliceerd in Communicatie Aarde en milieu 7 juli onderzoekt gegevens van bodemmonsters verzameld door NASA’s Curiosity-rover en vergelijkt deze met vergelijkbare grond op aarde. Dit biedt inzicht in hoe het oppervlak van Mars er miljarden jaren geleden uitzag – en de gegevens suggereren dat het inderdaad een koude, natte woestenij van een planeet was.
[ Related: NASA’s Curiosity rover captures a moody Martian sunset for the first time ]
Curiosity bracht meer dan een decennium door in de Gale-krater, een mijlpaal op Mars waar het in 2012 landde. De 160 kilometer brede krater werd zo’n 3,5 tot 3,8 miljard jaar geleden gevormd door een asteroïde-inslag. Het werd gekozen als landingsplaats van Curiosity vanwege de vele aanwijzingen dat het ooit een meer was. Bodemmonsters verzameld door Curiosity uit de krater hebben verschillende onderscheidende kenmerken: ze bevatten silica en zijn rijk aan ijzer, maar missen aluminium.
Op aarde wordt dit type bodem gevormd door ‘serpentinisatie’, een geologisch proces dat resulteert in de omzetting van verschillende mineralen in serpentiniet. Het belangrijkste is dat dit proces vloeibaar water vereist, en als zodanig levert de aanwezigheid van materiaal met een vergelijkbare samenstelling in de Gale-krater verder bewijs dat de krater ooit gevuld was met water.
Een ander belangrijk kenmerk van monsters op Mars is dat ze grotendeels ‘röntgenamorf’ zijn, wat betekent dat ze de zich herhalende kristallijne structuur missen die kan worden onderzocht met röntgendiffractie. De amorfe aard van de monsters kwam als een verrassing voor de wetenschappers, grotendeels omdat amorf materiaal over het algemeen alleen als ‘metastabiel’ wordt beschouwd – zoals de studie opmerkt, ‘onderhevig aan transformatie in thermodynamisch stabiele en kristallijne minerale fasen’.
Waarom dit niet gebeurde in de Gale-krater blijft onduidelijk, maar één theorie is dat het conversieproces wordt tegengehouden door “kinetisch beperkende omstandigheden zoals lagere temperaturen.” Als dit het geval is, suggereert dit dat Mars altijd een koude plek is geweest.
Gezien hun onvermogen om de bodem van Mars rechtstreeks te bestuderen, deden de auteurs van het onderzoek het op één na beste: ze vonden vergelijkbare monsters op aarde en bestudeerden in plaats daarvan de eigenschappen van die monsters. Ze doorzochten verschillende locaties met een vergelijkbare bodemsamenstelling: twee locaties in het Klamath-gebergte in Californië, één in het westen van Nevada en één in het Gros Morne National Park, gelegen op het Canadese eiland Newfoundland.
Belangrijk is dat de monsters uit Newfoundland röntgenamorf waren, terwijl die uit Californië en Nevada dat niet waren. Dit suggereert dat het koude klimaat in Canada van cruciaal belang was voor het behoud van het gebrek aan kristallijne structuur – en ondersteunt de theorie dat iets soortgelijks op Mars gebeurde: ‘De aanwezigheid van overvloedige [iron]Het rijke amorfe materiaal in de Gale-krater is consistent met koude en natte omstandigheden tijdens hun vorming, gevolgd door koude en droge omstandigheden die hun persistentie bevorderen.
“Dit laat zien dat je water nodig hebt om deze materialen te vormen”, zegt Anthony Feldman, bodemwetenschapper en geomorfoloog die nu bij DRI werkt en co-auteur van het onderzoek. “Maar er moeten koele, gemiddelde jaarlijkse temperaturen rond het vriespunt zijn om het amorfe materiaal in de bodem te behouden.”
De studie biedt fascinerend inzicht in hoe wetenschappers informatie over het verre verleden van een omgeving kunnen afleiden uit zijn geologische gegevens. Het suggereert ook dat zelfs in de oudheid, toen vloeibaar water over het koude, afgelegen oppervlak stroomde, de omgeving van Mars niet bijzonder gastvrij was.