Mars-wetenschappers worstelen met een probleem. Voldoende bewijs zegt dat het oude Mars soms nat was, met water dat stroomt en zich verzamelt op het oppervlak van de planeet. Nog, de oude zon was ongeveer een derde minder warm en klimaatmodelbouwers worstelen om scenario's te maken die het oppervlak van Mars warm genoeg krijgen om water ontdooid te houden.

Een leidende theorie is dat een dikkere koolstofdioxide-atmosfeer een broeikasgasdeken vormt, helpen om het oppervlak van het oude Mars te verwarmen. Echter, volgens een nieuwe analyse van gegevens van NASA's Marsrover Curiosity, Zo'n 3,5 miljard jaar geleden had Mars veel te weinig koolstofdioxide om voor voldoende opwarming van het broeikaseffect te zorgen om waterijs te ontdooien.

Dezelfde Marsbodem waarin Curiosity sedimenten vond uit een oud meer waar microben hadden kunnen gedijen, is de bron van het bewijs dat bijdraagt ​​aan het dilemma over hoe zo'n meer had kunnen bestaan. Curiosity ontdekte geen carbonaatmineralen in de monsters van het gesteente dat het analyseerde. De nieuwe analyse concludeert dat het gebrek aan carbonaten in dat gesteente betekent dat de atmosfeer van Mars toen het meer bestond - ongeveer 3,5 miljard jaar geleden - niet veel koolstofdioxide kon bevatten.

"We zijn vooral getroffen door de afwezigheid van carbonaatmineralen in sedimentair gesteente dat de rover heeft onderzocht, " zei Thomas Bristow van NASA's Ames Research Center, Moffett-veld, Californië. "Het zou heel moeilijk zijn om vloeibaar water te krijgen, zelfs als er honderd keer meer koolstofdioxide in de atmosfeer zou zijn dan wat het mineraalmateriaal in het gesteente ons vertelt." Bristow is de hoofdonderzoeker van het Chemistry and Mineralogy (CheMin)-instrument on Curiosity en hoofdauteur van de studie die deze week wordt gepubliceerd in de Proceedings van de National Academy of Science .

Curiosity heeft sinds de landing in de Gale Crater in 2011 geen definitieve carbonaten gedetecteerd in de bemonsterde rotsen in het meer. CheMin kan carbonaat identificeren als het slechts een paar procent van het gesteente uitmaakt. De nieuwe analyse van Bristow en 13 co-auteurs berekent de maximale hoeveelheid kooldioxide die aanwezig zou kunnen zijn geweest, consistent met dat gebrek aan carbonaat.

In water, koolstofdioxide combineert met positief geladen ionen zoals magnesium en ferro-ijzer om carbonaatmineralen te vormen. Andere mineralen in hetzelfde gesteente geven aan dat die ionen direct beschikbaar waren. De andere mineralen, zoals magnetiet en kleimineralen, leveren ook bewijs dat latere omstandigheden nooit zo zuur werden dat carbonaten zouden zijn opgelost, zoals ze kunnen in zuur grondwater.

Het dilemma bouwt zich al jaren op:bewijs over factoren die de oppervlaktetemperatuur beïnvloeden - voornamelijk de energie die wordt ontvangen van de jonge zon en de deken die wordt geleverd door de atmosfeer van de planeet - komt neer op een mismatch met wijdverbreid bewijs voor riviernetwerken en meren op het oude Mars. Aanwijzingen zoals isotopenverhoudingen in de huidige atmosfeer van Mars wijzen erop dat de planeet ooit een veel dichtere atmosfeer had dan nu. Maar theoretische modellen van het oude klimaat op Mars hebben moeite om omstandigheden te creëren die ervoor zorgen dat er miljoenen jaren lang vloeibaar water op het oppervlak van Mars kan blijven staan. Een succesvol model stelt een dikke koolstofdioxide-atmosfeer voor die ook moleculaire waterstof bevat. Hoe zo'n atmosfeer zou worden gegenereerd en in stand gehouden, echter, is controversieel.

De nieuwe studie pint de puzzel op een bepaalde plaats en tijd, met een controle ter plaatse op carbonaten in precies dezelfde sedimenten die het record van een meer bevatten, ongeveer een miljard jaar nadat de planeet werd gevormd.

De afgelopen twee decennia heeft onderzoekers hebben spectrometers op Mars-orbiters gebruikt om te zoeken naar carbonaat dat het gevolg zou kunnen zijn van een vroeg tijdperk van meer overvloedige koolstofdioxide. Ze hebben veel minder gevonden dan verwacht.

"Het is een raadsel waarom er niet veel carbonaat is gezien vanuit een baan, " zei Bristow. "Je zou uit het dilemma kunnen komen door te zeggen dat de carbonaten er misschien nog steeds zijn, maar we kunnen ze gewoon niet vanuit een baan om de aarde zien omdat ze bedekt zijn met stof, of begraven, of we zoeken niet op de goede plek. De Curiosity-resultaten brengen de paradox onder de aandacht. Dit is de eerste keer dat we hebben gecontroleerd op carbonaten op de grond in een gesteente waarvan we weten dat het gevormd is uit sedimenten die onder water zijn afgezet."

De nieuwe analyse concludeert dat er niet meer dan enkele tientallen millibar koolstofdioxide aanwezig kon zijn geweest toen het meer bestond, of het zou genoeg carbonaat hebben geproduceerd voor Curiosity's CheMin om het te detecteren. Een millibar is een duizendste van de luchtdruk op zeeniveau op aarde. De huidige atmosfeer van Mars is minder dan 10 millibar en ongeveer 95 procent koolstofdioxide.

"Deze analyse past bij veel theoretische studies dat het oppervlak van Mars, zelfs zo lang geleden, was niet warm genoeg om water vloeibaar te maken, " zei Robert Haberle, een Mars-klimaatwetenschapper bij NASA Ames en een co-auteur van het artikel. "Het is me echt een raadsel."

Onderzoekers evalueren meerdere ideeën om het dilemma te verzoenen.

"Sommigen denken dat het meer misschien geen open watermassa was. Misschien was het vloeistof bedekt met ijs, "Zei Haberle. "Je zou nog steeds wat sedimenten kunnen krijgen om zich op te hopen in de bodem van het meer als het ijs niet te dik was."

Een nadeel van die verklaring is dat het rover-team in Gale Crater bewijs heeft gezocht en niet gevonden dat zou worden verwacht van met ijs bedekte meren, zoals grote en diepe scheuren die ijswiggen worden genoemd, of "dropstones, " die worden ingebed in zachte sedimenten van het meer wanneer ze dunner wordend ijs binnendringen.

Als de meren niet waren bevroren, de puzzel wordt nog uitdagender door de nieuwe analyse van wat het ontbreken van een carbonaatdetectie door Curiosity impliceert over de oude atmosfeer van Mars.

"Curiosity's doorkruisen stroombeddingen, delta's, en honderden verticale meters modder afgezet in oude meren vragen om een ​​krachtig hydrologisch systeem dat het water en sediment levert om de rotsen te creëren die we vinden, " zei Curiosity Project Scientist Ashwin Vasavada van NASA's Jet Propulsion Laboratory, Pasadena, Californië. "Kooldioxide, gemengd met andere gassen zoals waterstof, is de belangrijkste kandidaat geweest voor de opwarmende invloed die nodig is voor een dergelijk systeem. Dit verrassende resultaat lijkt het uit de running te halen."

Wanneer twee lijnen van wetenschappelijk bewijs onverenigbaar lijken, de scène kan worden ingesteld voor een vooruitgang in het begrijpen waarom ze dat niet zijn. De Curiosity-missie blijft oude milieuomstandigheden op Mars onderzoeken.