Het oppervlak van Mars, met zijn duinstromen, geulen en hellingbewegingen, is het resultaat van sediment dat zowel in het recente verleden als nu naar beneden wordt getransporteerd. Maar dit "massale verspillen", meestal veroorzaakt door waterstromen, bijvoorbeeld hoe de geulen op aarde zijn gevormd - is een mysterie gebleken voor planetaire wetenschappers. Er wordt namelijk aangenomen dat er enorme hoeveelheden water nodig zijn om deze kenmerken te vormen.

Het probleem is, er is een gebrek aan voldoende water op Mars nu en in het recente verleden van de planeet. In een nieuwe studie gepubliceerd in Natuurcommunicatie , we hebben de atmosferische omstandigheden op Mars gesimuleerd om te ontdekken hoe deze kenmerken tot stand hadden kunnen komen zonder een grote stroom water.

Bijvoorbeeld, wetenschappers hebben aannames gedaan over het waterbudget dat nodig is om de zogenaamde "recurring slope lineae" te vormen - donkere strepen aan het oppervlak die jaarlijks (687 dagen) verschijnen tijdens piektemperaturen en die in koudere maanden op het oppervlak van Mars oplossen. Maar het water dat nodig is om deze kenmerken te creëren, zou te hoog zijn om elk jaar door het weer op Mars te komen.

In onze experimenten, echter, we hebben vastgesteld dat het mogelijk is om sediment langs een helling te transporteren zonder dat er zoveel water nodig is. We hebben dit gedaan met behulp van de Mars Simulation Chamber, gespecialiseerde apparatuur die de atmosferische omstandigheden op Mars kan simuleren.

Unieke set voorwaarden

Om uit te leggen hoe massale verspilling kan gebeuren zonder veel water, het is belangrijk om te weten dat de huidige atmosfeer van Mars erg dun is - de gemiddelde druk is ongeveer 7 mb (millibar) (vergeleken met 1, 000mb op aarde). In relatief recente tijden (ongeveer 20 miljoen jaar) is de druk ook laag geweest. Deze lage drukken zorgen ervoor dat vloeibaar water gaat koken bij lage sedimenttemperaturen van rond de 5°C. Het betekent dat vloeibaar water effectief zal "zweven" op het oppervlak van Mars (wanneer de temperatuur boven nul is). Dit "zwevende" en kokende water kan een grote hoeveelheid zand en ander sediment meesleuren wanneer het van een helling afstroomt. Dit proces zou veel minder water nodig hebben dan anders nodig zou zijn.

Met deze achtergrondinformatie wilden we testen hoe vloeibare waterstromen zich gedragen onder lage drukken en met relatief warme oppervlakken (tussen 5°C en 24°C, die warm is voor oppervlakken van Mars, maar niet onmogelijk). De vragen die we in ons experiment stelden waren:hoe beïnvloedt het koken de transportmechanismen? Wordt er meer of minder sediment getransporteerd met kookeffect? En kunnen we nieuwe transportmechanismen zien plaatsvinden?

Eerder werk heeft sedimenttransport door vloeibaar water of smeltend ijs onder Mars-omstandigheden onderzocht, maar het fenomeen van levitatie of zweven van een water-sedimentmengsel over warm sediment werd niet waargenomen in hun experimenten. Dit fenomeen is vergelijkbaar met het zogenaamde "Leidenfrost-effect", gemakkelijk te zien als je wat waterdruppels op een hete kookplaat doet. Het water sublimeert onmiddellijk en de druppel drijft op een gaskussen dat uit de druppel komt. Dit mechanisme zou ook op Mars kunnen gebeuren, maar zoals eerder beschreven met veel lagere temperaturen iets boven het vriespunt.

Onze experimenten laten zien dat dit fenomeen enorme hoeveelheden sediment langs een helling kan verplaatsen zonder dat er veel water nodig is - ongeveer negen keer meer sediment werd met het effect van levitatie van een helling naar beneden verplaatst dan zonder het effect. Ons model liet ook zien dat de lagere zwaartekracht op Mars een positief effect zou hebben op de levitatie:bij een lagere zwaartekracht zouden we een grotere snelheid verwachten van de hoeveelheid getransporteerd sediment over langere afstanden.

Dit betekent met name voor Mars dat het mogelijk is om reeds waargenomen massabewegingen op het oppervlak te verklaren met de betrokkenheid van minder water dan eerder voorspeld en dat de hoeveelheid water die nodig is voor sommige transportprocessen eerder zou kunnen zijn overschat.

Het voorbehoud

De "warme" sedimenttemperaturen die we voor onze experimenten hebben gekozen, zijn mogelijk op Mars. Het effect van levitatie kan dus alleen optreden bij relatief hoge sedimenttemperaturen (de jaargemiddelde temperatuur is ongeveer -55 °C, maar de oppervlaktetemperatuur kan in de zomer overdag oplopen tot ongeveer 30°C).

De kwestie van een mogelijke oorsprong van het water dat nodig is voor de levitatie kon niet worden opgelost tijdens onze experimenten, en ook hier moet verder gewerkt worden om deze onzekerheid op te lossen. Hoe dan ook, onze experimenten laten zien dat een dergelijk mechanisme mogelijk is op Mars (wanneer de parameters correct zijn) en waarmee rekening moet worden gehouden bij het nadenken over watergerelateerde massaverspillende kenmerken op Mars. Onze experimenten zullen geen antwoord geven op de vorming van recente en hedendaagse massaverslindende kenmerken van het oppervlak van Mars (in het bijzonder geulen en terugkerende hellingslijnen). maar we bieden wel een nieuw perspectief.

Dit artikel is oorspronkelijk gepubliceerd op The Conversation. Lees het originele artikel.