Als er vloeibaar water op het oppervlak van Mars bestaat, het is hoogstwaarschijnlijk in de vorm van een zout mengsel met magnesiumchloraatzouten, volgens nieuwe experimenten gebaseerd op ontdekkingen die eerder zijn gedaan door NASA's Phoenix- en Viking-landers, evenals de Curiosity-rover.

Wetenschappers van de afdeling Aard- en Ruimtewetenschappen van de Universiteit van Washington, Seattle, bestudeerde mengsels van water met zouten waarvan bekend is dat ze op Mars bestaan, om erachter te komen welke het meest waarschijnlijk vloeibaar waren op het oppervlak van Mars. De experimenten vergeleken de dampdruk en het waterabsorberend vermogen van de zoutoplossingen. De resultaten suggereren dat water gemengd met magnesiumchloraat minder snel verdampt of bevriest op Mars in vergelijking met water gemengd met natrium- of kaliumchloraat. De bevindingen zullen worden gepresenteerd in het septembernummer van 2018 van: Aardse en planetaire wetenschapsbrieven .

gassen, vloeistoffen en vaste stoffen

Het 'drievoudige punt' van een stof is de temperatuur en druk waarbij het in alle drie fasen naast elkaar kan bestaan:gas, vloeibaar en vast. Voor water, het tripelpunt wordt gevonden bij 0,01 graden Celsius (32 graden Fahrenheit) en 6,12 millibar, of 0,6% van de atmosferische druk aan het aardoppervlak. Met andere woorden, je zou je een emmer water kunnen voorstellen op het tripelpunt, waar het water bestaat als ijs dat drijft op een laag vloeibaar water, met waterdamp net boven het ijs dat eruit gesublimeerd of verdampt is. De damp die in contact is met het ijs oefent een druk uit op het ijs, die we de dampdruk noemen.

Hoewel in sommige equatoriale gebieden op Mars de optimale omstandigheden net onder het tripelpunt van water kunnen liggen, voor de rest van de planeet liggen de temperaturen meestal ruim onder het tripelpunt. Wanneer de atmosferische druk lager is dan de dampdruk van een vloeistof, de vloeistof verdampt. Zuiver water zou snel verdampen onder de dunne atmosfeer van Mars, dat is ongeveer 1% van dat van de aarde. Zoutoplossingen, echter, verdampen of bevriezen niet zo gemakkelijk, en zou daarom waarschijnlijker vloeibaar blijven op Mars.

Als we begrijpen welke combinaties van zout en water het meest waarschijnlijk vloeibaar blijven, kunnen we ons vertellen waar we moeten zoeken naar bewijs van vloeibaar water. en dus mogelijk het leven, op de rode planeet.

Zoutoplossingen zijn hygroscopisch, wat betekent dat ze goed zijn in het opnemen van water. Bepaalde zouten kunnen zelfs kleine hoeveelheden water opnemen dat op Mars beschikbaar is. Op Mars zijn veel verschillende soorten zouten te vinden, zoals chloriden, sulfaten, chloraten, en perchloraten. Deze zijn overal op het oppervlak van Mars te vinden, volgens gegevens van verschillende lander- en rover-missies.

In 2008, de Thermal Evolved Gas Analyzer (TEGA) van de Phoenix-lander, dat deel uitmaakte van het Wet Chemistry Lab aan boord, vond perchloraten in bodemmonsters van het noordpoolgebied van Mars, bij concentraties van 0,4-0,6%. Dit moedigde wetenschappers aan om gegevens van bodemmonsters van de Viking-landermissies opnieuw te analyseren, die in de jaren zeventig plaatsvond.

De nieuwe analyse suggereerde dat de grond die door de Viking-landers in Chryse en Utopia Planitiae werd gevonden, perchloraten bevatte in een concentratie van minder dan of gelijk aan 0,1%. Vervolgens, in 2013, het monsteranalyse-instrument van de Curiosity rover op Mars (SAM) vond calciumperchloraat in bodemmonsters van Rocknest, dat is een plek in Gale Crater.

Meest recent, de Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars (CRISM) instrument aan boord van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter heeft magnesiumperchloraat gedetecteerd, magnesiumchloraat en natriumperchloraat binnen terugkerende hellingslijnen. Dit zijn strepen die naar beneden lopen tijdens het warmere Marsseizoen en, voor een tijdje, er werd sterk gedacht dat ze werden geproduceerd door stromend water. Door de zouten de ijle atmosfeer en de ijskoude temperaturen, dergelijk water zou waarschijnlijk eerder zout dan zuiver zijn. Hoewel de resultaten nu suggereren dat stromen droog materiaal op de een of andere manier de strepen produceren, het blijft mogelijk dat water ergens op het oppervlak van Mars nog als vloeistof zou kunnen bestaan.

Zouten mengen

Welke van deze chloraten en perchloraten zou het meest waarschijnlijk worden opgelost in water onder Mars-omstandigheden?

Jonathan Toner en David Catling van de Universiteit van Washington hadden eerder gegevens gemodelleerd van het Wet Chemistry Lab van Phoenix, om te begrijpen hoe verschillende zouten zich gedragen bij de vriestemperaturen van Mars. Ze ontdekten dat de grondmonsters waarschijnlijk magnesiumsulfaat bevatten, magnesiumperchloraat, natriumperchloraat, kaliumperchloraat, natriumchloride en calciumcarbonaat.

In hun laatste studie, Toner en Catling maakten oplossingen van deze zouten. Ze vonden dat, van alle zoutwatermengsels, de magnesiumchloraatoplossing had de laagste dampdruk. Dit betekent dat het de minste kans heeft om te verdampen of te bevriezen en dat het de meeste kans heeft om de lage niveaus van vocht in de atmosfeer van Mars te absorberen.

Dus om vloeibaar water op Mars te vinden, moeten wetenschappers alleen zoeken naar sites op Mars die rijk zijn aan magnesiumchloraat?

"Alle zouten die in de bodem van Mars aanwezig zijn, zullen waarschijnlijk een zoutmengsel zijn, dus het meten van de eigenschappen van deze mengsels is belangrijk, ", zegt Toner. Gebaseerd op de bodemchemie gemeten door de Phoenix-lander, Toner zegt dat natrium- en magnesiumchloraatmengsels het meest waarschijnlijk zijn, terwijl het onwaarschijnlijk is dat calciumchloraatmengsels worden gevonden.

"Chloraatzouten zouden veel overvloediger kunnen zijn dan perchloraten op Mars, "Toner voegt toe. "Onze resultaten geven aan dat chloraten een nog groter vermogen hebben om water te vormen dan perchloraten via vervloeiing [d.w.z. vocht opnemen en erin oplossen] en ijs smelten."

Water voor het leven

Zou er genoeg water in deze pekel kunnen zitten om het microbiële leven te ondersteunen? Studies van extremofielen gekweekt in perchloraat- en chloraatoplossingen suggereren dat microben zouden kunnen overleven in pekel die mogelijk op Mars bestaat. Een groep wetenschappers onder leiding van Mark Schneegurt, een professor in biologische wetenschappen aan de Wichita State University in Kansas, VS, ontdekte dat verschillende soorten halotolerante, d.w.z. zouttolerante bacteriën, konden groeien in hoge concentraties chloraatzouten.

"Tot dusver, we hebben bacteriën gekweekt in chloraten bij meer dan de helft van hun [laagste smeltpunt]-concentratie, [dat is] wat we op Mars zouden verwachten, ", zegt Schneegurt. "Hoewel we niet hebben aangetoond dat microben kunnen groeien in de hoogste concentraties die nodig zijn, toen we begonnen was het niet duidelijk dat microben zelfs maar konden groeien in de 0,6% die Phoenix vond. We zitten nu op meer dan 25% en gaan nog hoger. We hebben microbiële groei laten zien onder deze zoutomstandigheden en deze zouten komen veel voor op Mars."

Dit verhaal is opnieuw gepubliceerd met dank aan NASA's Astrobiology Magazine. Verken de aarde en daarbuiten op www.astrobio.net.