Nieuw onderzoek gepubliceerd in Natuurastronomie probeert te begrijpen hoe oppervlakteklei werd gevormd op Mars ondanks het koude klimaat.

Het klimaat op het vroege Mars is een raadsel voor planetaire wetenschappers omdat oppervlaktekenmerken zoals valleinetwerken aangeven dat er overvloedig vloeibaar water aanwezig was en de kleimineralen die in de meeste oude oppervlaktegesteenten worden gevonden, nog hogere temperaturen nodig hebben om zich te vormen, terwijl atmosferische modellen over het algemeen een koud klimaat op het vroege Mars ondersteunen. Deze nieuwe studie onder leiding van Janice Bishop van het SETI Institute en NASA's Ames Research Center in Silicon Valley heeft deze vraag aangepakt door de omstandigheden te onderzoeken die nodig zijn voor de vorming van de oude oppervlakteklei.

Een deel van deze vroege klimaatpuzzel op Mars komt neer op hoe "warm" warm is. Momenteel is de temperatuur van Mars onder het vriespunt, maar we weten dat het ooit warm genoeg moet zijn geweest voor vloeibaar water om kenmerken op het oppervlak te krijgen. Echter, koud water is niet warm genoeg om oppervlakteklei te vormen. "We realiseerden ons dat om het vroege klimaat op Mars beter in te perken, we moesten de vormingsvoorwaarden van Marsklei begrijpen, ’ zei Bisschop.

Deze studie evalueerde de soorten klei die aanwezig waren in oude, veranderde gesteenten op Mars en verdeelde deze in 3 categorieën:1) Mg-rijke klei gevormd bij hoge temperaturen (100-400 °C) onder het oppervlak (bijv. mengsels van saponiet, serpentijn, chloriet, talk, en carbonaat), 2) klei gevormd bij warme temperaturen (20-50 °C) in meren, stromen of regenachtige omgevingen (dioctaëdrische Fe-rijke of Al-rijke smectieten), en 3) slecht kristallijne aluminosilicaten zoals allofaan gevormd bij lage temperaturen ( <20 °C). De auteurs gebruikten resultaten van verwering in het veld, experimenten met kleisynthese in het laboratorium, en geochemische modellering van kleivorming.

De auteurs stellen dat op korte termijn warme en natte omgevingen, sporadisch voorkomend in een over het algemeen koude vroege Mars, maakte de vorming mogelijk van de waargenomen oppervlaktesmectietvoorvallen op Mars.

Verder, er is een wisselwerking tussen temperatuur en tijd.

Koelere temperaturen (15-20 °C seizoensgebonden, dagelijkse Tmax) zou langdurige perioden van hoge water/gesteente-verhouding op Mars vereisen om de waargenomen smectiet-ontsluitingen te produceren. Dit kan honderden miljoenen jaren betekenen bij een wereldgemiddelde temperatuur van 5 °C op Mars, wat onwaarschijnlijk is gezien de huidige modellen van de atmosfeer.

Oppervlakte smectiet (nontroniet, montmorilloniet) kunnen zich snel hebben gevormd tijdens korte perioden van warme temperaturen (25-40 °C seizoensgebonden, dagelijkse Tmax). Dit kan tienduizenden of miljoenen jaren betekenen bij een wereldgemiddelde gemiddelde temperatuur van 10-15 °C op Mars met tussenpozen van honderden miljoenen jaren. Deze hoge temperaturen kunnen veroorzaakt zijn door vulkanisme, obliquiteit verandert, of grote gevolgen.

Inzicht in het klimaat op het vroege Mars biedt beperkingen voor wanneer vloeibaar water aan het oppervlak aanwezig was en is essentieel om te bepalen waar op Mars naar leven moet worden gezocht. Klei is het meest voorkomende gehydrateerde mineraal op Mars; dus, het definiëren van hun formatiecondities is een grote stap in de richting van het begrijpen van de geochemische omgeving op Mars.