Wetenschappers weten al lang dat er veel water was op het oude Mars, maar er is geen consensus over de vraag of vloeibaar water gebruikelijk was, of dat het grotendeels in ijs was bevroren.

Was de temperatuur hoog genoeg om het water te laten stromen? Is dit over een langere periode gebeurd, of gewoon af en toe? Was het oppervlak een woestijn of bevroren? Warme omstandigheden maken het veel waarschijnlijker dat het leven zich onafhankelijk zou hebben ontwikkeld op het oppervlak van het oude Mars. Nu geeft een nieuwe vergelijking van patronen van minerale afzetting op de rode planeet met vergelijkbare afzettingen op aarde gewicht aan het idee dat vroege Mars een of meer lange perioden had die werden gedomineerd door regenbuien en stromend water, met het water later bevriezen.

De bevindingen presenteren vandaag op de Goldschmidt Geochemistry Conference in Barcelona, Professor Briony Horgan (Purdue University) zei:"We weten dat er perioden waren waarin het oppervlak van Mars bevroren was; we weten dat er perioden waren waarin het water vrijelijk stroomde. Maar we weten niet precies wanneer deze perioden waren, en hoe lang ze duurden. We hebben nog nooit onbemande missies gestuurd naar gebieden op Mars die ons deze vroegste rotsen kunnen laten zien, dus we moeten aardgebonden wetenschap gebruiken om de geochemie te begrijpen van wat daar kan zijn gebeurd.

Onze studie van verwering in radicaal verschillende klimaatomstandigheden zoals de Oregon Cascades, Hawaii, IJsland, en andere plaatsen op aarde, kan ons laten zien hoe het klimaat het patroon van minerale afzetting beïnvloedt, zoals we die op Mars zien. Hier op aarde, we vinden silica-afzetting in gletsjers die kenmerkend zijn voor smeltend water. Op Mars, we kunnen soortgelijke silicaafzettingen in jongere gebieden identificeren, maar we kunnen ook oudere gebieden zien die lijken op diepe bodems uit warme klimaten op aarde. Dit doet ons geloven dat op Mars 3 tot 4 miljard jaar geleden, we hadden een algemene langzame trend van warm naar koud, met perioden van ontdooien en vriezen.

"Als dit zo is, het is belangrijk in de zoektocht naar mogelijk leven op Mars. We weten dat de bouwstenen van het leven op aarde zich zeer snel na de vorming van de aarde ontwikkelden, en dat stromend water essentieel is voor de ontwikkeling van het leven. Dus bewijs dat we vroeg hadden, stromend water op Mars, zal de kans vergroten dat eenvoudig leven zich rond dezelfde tijd heeft ontwikkeld als op aarde. We hopen dat de Mars 2020-missie in staat zal zijn om deze mineralen nader te bekijken, en beginnen precies te beantwoorden welke omstandigheden bestonden toen Mars nog jong was."

Analyse van de oppervlaktegeologie van Mars ondersteunt een trend van een warm naar een koud klimaat, maar de klimaatmodellen zelf ondersteunen dit niet, vanwege de beperkte warmte die van de jonge zon komt. "Als onze bevindingen kloppen, dan moeten we blijven werken aan de klimaatmodellen van Mars, eventueel wat chemische of geologische, of een ander proces dat de jonge planeet zou kunnen opwarmen, ’ zei Horgel.

Het onderzoeksteam vergeleek aardgegevens met Marsmineralen die werden gedetecteerd met behulp van de NASA CRISM-spectrometer, momenteel in een baan om Mars, die op afstand oppervlaktechemicaliën kan identificeren waar ooit water bestond. Ze namen ook gegevens van de Mars Curiosity Rover. Professor Horgan is mede-onderzoeker van de Mars 2020-missie, wordt in juli 2020 gelanceerd en begint in februari 2021 met het verkennen van de Jezero-krater.

commentaar, Professor Scott McLennan (Stony Brook University) zei:"Wat vooral opwindend is aan dit werk, is dat het goed begrepen geologische processen op aarde gebruikt uit regio's die goede analogen zijn voor Mars. De resultaten zijn niet alleen logisch vanuit het perspectief van het ontwikkelen van klimaatevolutiemodellen voor Mars, maar demonstreerden ook een mogelijk mechanisme voor vormen de meest interessante en verbijsterende en niet-kristallijne componenten die zijn gevonden in alle monsters die tot nu toe door de Curiosity-rover zijn geanalyseerd." (Professor McLennan was niet direct betrokken bij dit werk; dit is een onafhankelijk commentaar.)

Oude valleinetwerken en meerafzettingen op Mars zijn een duidelijk bewijs dat er ooit vloeibaar water aan de oppervlakte was, maar of het klimaat warm en nat of koud en ijzig was, is slecht begrepen. We suggereren dat de mineralogische gegevens van Mars nieuwe beperkingen kunnen opleveren voor het paleoklimaat. Hier rapporteren we over een reeks onderzoeken met monsters van analoge Mars-terreinen op aarde om de effecten van het klimaat op de mineralogie van verwering beter te begrijpen. Verwering in alpiene glaciale omgevingen van de Oregon Cascades wordt veroorzaakt door veelvuldig smelten, en water en sedimenten hebben een lage verblijftijd in het glaciale systeem. Overvloedige wijzigingsproducten in proglaciale terreinen omvatten silicacoatings op gesteente en slecht kristallijne silicaten in gletsjersedimenten. Voorlopige resultaten van mafische sedimenten aan de koude randen van de Antarctische ijskap tonen ook slecht kristallijne silicaten, consistent met verwering door voorbijgaande smelt. In tegenstelling tot, sedimenten uit warme zones vertonen verrijkingen in kristallijne kleimineralen, waarvan we veronderstellen dat ze ontstaan ​​door langere verblijftijden onder de ijskap.

Soortgelijke trends worden waargenomen in terrestrische mafische bodems, van kristallijne kleimineralen in bodems met een warm klimaat tot slecht kristallijne fasen in bodems met een koud klimaat. Silica-signaturen zijn geïdentificeerd vanuit een baan om Mars in periglaciale terreinen van het Amazonegebied, en de Curiosity-rover heeft silica-rijke, slecht kristallijne materialen geïdentificeerd in sedimenten van het Hesperische meer in de Gale-krater. We suggereren dat deze amorfe fasen op Mars zich in koude klimaten kunnen hebben gevormd tijdens onderbroken smeltgebeurtenissen. Echter, de meest voorkomende Noachische wijzigingssignaturen zijn kristallijne kleimineralen in stratigrafieën met samengestelde zones, waarvoor de dichtstbijzijnde terrestrische analogen diepe verweringsprofielen zijn waarvan alleen bekend is dat ze zich vormen onder aanhoudende, door regen gedomineerde klimaten. Deze waarnemingen suggereren ten minste één langlevend klimaatoptimum in het Noachian, maar in situ analyse van Noachische detritale sedimenten door Mars 2020 zal nodig zijn om te bepalen of ijzige omstandigheden anders de overhand hadden.