Miljarden jaren geleden, de Rode Planeet was veel blauwer; volgens bewijs dat nog aan de oppervlakte is gevonden, overvloedig water stroomde over Mars en vormde poelen, meren, en diepe oceanen. De vraag, dan, is waar is al dat water gebleven?

Het antwoord:nergens. Volgens nieuw onderzoek van Caltech en JPL, een aanzienlijk deel van het water van Mars - tussen 30 en 99 procent - zit opgesloten in mineralen in de aardkorst. Het onderzoek daagt de huidige theorie uit dat het water van de Rode Planeet de ruimte in is ontsnapt.

Het Caltech/JPL-team ontdekte dat ongeveer vier miljard jaar geleden, Mars was de thuisbasis van genoeg water om de hele planeet in een oceaan van ongeveer 100 tot 1 te hebben bedekt 500 meter diep; een volume dat ongeveer gelijk is aan de helft van de Atlantische Oceaan op aarde. Maar, een miljard jaar later, de planeet was net zo droog als nu. Eerder, wetenschappers die wilden verklaren wat er met het stromende water op Mars gebeurde, hadden gesuggereerd dat het de ruimte in was ontsnapt, slachtoffer van de lage zwaartekracht van Mars. Hoewel er inderdaad wat water Mars op deze manier heeft verlaten, nu blijkt dat zo'n ontsnapping het grootste deel van het waterverlies niet kan verklaren.

"Atmosferische ontsnapping verklaart niet volledig de gegevens die we hebben over hoeveel water er ooit op Mars bestond, " zegt Caltech promovendus Eva Scheller (MS '20), hoofdauteur van een paper over het onderzoek dat is gepubliceerd door het tijdschrift Wetenschap op 16 maart en op dezelfde dag gepresenteerd op de Lunar and Planetary Science Conference (LPSC). De co-auteurs van Scheller zijn Bethany Ehlmann, hoogleraar planetaire wetenschap en associate director van het Keck Institute for Space Studies; Yuk-Yung, hoogleraar planetaire wetenschap en JPL senior onderzoeker; Caltech afgestudeerde student Danica Adams; en Renyu Hu, JPL-onderzoeker. Caltech beheert JPL voor NASA.

Het team bestudeerde in de loop van de tijd de hoeveelheid water op Mars in al zijn vormen (damp, vloeistof, en ijs) en de chemische samenstelling van de huidige atmosfeer en korst van de planeet door de analyse van meteorieten en door gebruik te maken van gegevens van Marsrovers en orbiters, kijkend in het bijzonder naar de verhouding van deuterium tot waterstof (D/H).

Water bestaat uit waterstof en zuurstof:H ₂ O. Niet alle waterstofatomen zijn gelijk geschapen, echter. Er zijn twee stabiele isotopen van waterstof. De overgrote meerderheid van waterstofatomen heeft slechts één proton in de atoomkern, terwijl een kleine fractie (ongeveer 0,02 procent) bestaat als deuterium, of zogenaamde "zware" waterstof, die een proton en een neutron in de kern heeft.

De lichtere waterstof (ook bekend als protium) heeft een gemakkelijkere tijd om aan de zwaartekracht van de planeet te ontsnappen in de ruimte dan zijn zwaardere tegenhanger. Daarom, de ontsnapping van het water van een planeet via de bovenste atmosfeer zou een veelbetekenende handtekening achterlaten op de verhouding van deuterium tot waterstof in de atmosfeer van de planeet:er zou een te groot deel van deuterium achterblijven.

Echter, het verlies van water alleen door de atmosfeer kan zowel het waargenomen deuterium-naar-waterstofsignaal in de atmosfeer van Mars als grote hoeveelheden water in het verleden niet verklaren. In plaats daarvan, de studie stelt voor dat een combinatie van twee mechanismen - het vasthouden van water in mineralen in de aardkorst en het verlies van water aan de atmosfeer - het waargenomen deuterium-naar-waterstofsignaal in de atmosfeer van Mars kan verklaren.

Wanneer water in wisselwerking staat met steen, chemische verwering vormt klei en andere waterhoudende mineralen die water bevatten als onderdeel van hun minerale structuur. Dit proces vindt zowel op aarde als op Mars plaats. Omdat de aarde tektonisch actief is, oude korst smelt voortdurend in de mantel en vormt nieuwe korst op plaatgrenzen, door vulkanisme water en andere moleculen terug in de atmosfeer te recyclen. Mars, echter, is meestal tektonisch inactief, en dus het "drogen" van het oppervlak, zodra het zich voordoet, blijvend is.

"Atmosferische ontsnapping speelde duidelijk een rol bij waterverlies, maar bevindingen van het laatste decennium van Mars-missies hebben erop gewezen dat er een enorm reservoir van oude gehydrateerde mineralen was waarvan de vorming zeker de beschikbaarheid van water in de loop van de tijd verminderde, ’ zegt Ehlmann.

"Al dit water werd al vrij vroeg afgezonderd, en daarna nooit meer naar buiten gefietst, " zegt Scheller. Het onderzoek, die zich baseerden op gegevens van meteorieten, telescopen, satellietwaarnemingen, en monsters geanalyseerd door rovers op Mars, illustreert het belang van meerdere manieren om de Rode Planeet te onderzoeken, ze zegt.

Ehlmann, Hé, en Yung hebben eerder samengewerkt aan onderzoek dat de bewoonbaarheid van Mars probeert te begrijpen door de geschiedenis van koolstof te traceren, aangezien koolstofdioxide het hoofdbestanddeel van de atmosfeer is. Volgende, het team is van plan om isotopen- en mineraalsamenstellingsgegevens te blijven gebruiken om het lot van stikstof- en zwavelhoudende mineralen te bepalen. In aanvulling, Scheller is van plan door te gaan met het onderzoeken van de processen waardoor het oppervlaktewater van Mars verloren ging aan de korst met behulp van laboratoriumexperimenten die verweringsprocessen op Mars simuleren. evenals door observaties van oude korst door de Perseverance rover. Scheller en Ehlmann zullen ook helpen bij Mars 2020-operaties om gesteentemonsters te verzamelen voor terugkeer naar de aarde, zodat de onderzoekers en hun collega's deze hypothesen over de aanjagers van klimaatverandering op Mars kunnen testen.

De krant, getiteld "Langdurige uitdroging van Mars veroorzaakt door vastlegging van watervolumes op oceaanschaal in de korst, " gepubliceerd in Science op 16 maart 2021.