In de palm van Jessica Barnes is een oude, glasmozaïek ter grootte van een muntstuk, mineralen en rotsen zo dik als een streng wolvezel. Het is een stukje Marsmeteoriet, bekend als Noordwest-Afrika 7034 of Black Beauty, dat werd gevormd toen een enorme impact verschillende stukken Marskorst aan elkaar plakte.

Barnes is een assistent-professor planetaire wetenschappen aan het Lunar and Planetary Laboratory van de Universiteit van Arizona. Zij en haar team analyseerden chemisch de Black Beauty-meteoriet en de beruchte Allan Hills 84001-meteoriet - controversieel in de jaren negentig omdat ze naar verluidt Mars-microben bevatten - om de watergeschiedenis en planetaire oorsprong van Mars te reconstrueren.

Hun analyse, vandaag gepubliceerd in Natuur Geowetenschappen , toonde aan dat Mars waarschijnlijk vroeg in zijn geschiedenis water ontving uit ten minste twee enorm verschillende bronnen. De variabiliteit die de onderzoekers vonden, impliceert dat Mars, in tegenstelling tot de aarde en de maan, nooit een oceaan van magma gehad die de planeet volledig omvatte.

"Deze twee verschillende waterbronnen in het binnenste van Mars kunnen ons iets vertellen over de soorten objecten die beschikbaar waren om samen te smelten in het binnenste, rotsachtige planeten, "Zei Barnes. Twee verschillende planetesimalen met enorm verschillende waterinhouden zouden met elkaar in botsing zijn gekomen en nooit volledig zijn vermengd. "Deze context is ook belangrijk voor het begrijpen van de bewoonbaarheid en astrobiologie van Mars in het verleden."

Het water lezen

"Veel mensen hebben geprobeerd de watergeschiedenis van Mars te achterhalen, "Zei Barnes. "Zoals, waar kwam water vandaan? Hoe lang was het in de korst (oppervlak) van Mars? Waar kwam het binnenwater van Mars vandaan? Wat kan water ons vertellen over hoe Mars gevormd en geëvolueerd is?"

Barnes en haar team waren in staat om de watergeschiedenis van Mars samen te voegen door te zoeken naar aanwijzingen in twee soorten, of isotopen, van waterstof. Eén waterstofisotoop bevat één proton in zijn kern; dit wordt soms "lichte waterstof" genoemd. De andere isotoop heet deuterium, die een proton en een neutron in de kern bevat; dit wordt soms "zware waterstof" genoemd. De verhouding van deze twee waterstofisotopen signaleert een planetaire wetenschapper de processen en mogelijke oorsprong van water in de rotsen, mineralen en glazen waarin ze worden gevonden.

Meteoriet Mysterie

Sinds ongeveer 20 jaar, onderzoekers hebben de isotopenverhoudingen van Marsmeteorieten vastgelegd, en hun gegevens waren overal. Er leek weinig trend te zijn, zei Barnes.

Water opgesloten in aardse rotsen is wat ongefractioneerd wordt genoemd, wat betekent dat het niet veel afwijkt van de standaard referentiewaarde van oceaanwater - een 1:6, 420 verhouding van zware tot lichte waterstof. Mars' atmosfeer, anderzijds, is sterk gefractioneerd - het wordt voornamelijk bevolkt door deuterium, of zware waterstof, waarschijnlijk omdat de zonnewind de lichte waterstof wegnam. Metingen van Mars-meteorieten - waarvan er vele diep in Mars werden opgegraven door impactgebeurtenissen - liepen uiteen tussen metingen van de aarde en de atmosfeer van Mars.

Het team van Barnes ging specifiek op zoek naar de waterstofisotoopsamenstelling van de korst van Mars door monsters te bestuderen waarvan ze wisten dat ze afkomstig waren uit de korst:de meteorieten van Black Beauty en Allan Hills. Black Beauty was vooral nuttig omdat het een mashup is van oppervlaktemateriaal uit veel verschillende punten in de geschiedenis van Mars.

"Hierdoor konden we ons een idee vormen van hoe de korst van Mars er over enkele miljarden jaren uitzag, ' zei Barnes.

De isotopenverhoudingen van de meteorietmonsters vielen ongeveer halverwege tussen de waarde voor aardrotsen en de atmosfeer van Mars. Toen de bevindingen van de onderzoekers werden vergeleken met eerdere studies, inclusief resultaten van de Curiosity Rover, het lijkt erop dat dit het geval was voor het grootste deel van de 4 miljard jaar durende geschiedenis van Mars.

"Wij dachten, oke dit is interessant, maar ook een beetje raar "Zei Barnes. "Hoe verklaren we deze tweedeling waarin de atmosfeer van Mars wordt gefractioneerd, maar de korst blijft in principe hetzelfde over de geologische tijd?"

Barnes en haar collega's worstelden ook met het proberen uit te leggen waarom de korst zo anders leek dan de mantel van Mars, de rots die eronder ligt.

"Als je probeert deze vrij constante isotopenverhouding van de korst van Mars te verklaren, daar kun je de sfeer echt niet voor gebruiken, ' zei Barnes. 'Maar we weten hoe korsten worden gevormd. Ze zijn gemaakt van gesmolten materiaal van binnenuit dat stolt op het oppervlak."

"De heersende hypothese voordat we aan dit werk begonnen, was dat het binnenste van Mars meer aards en ongefractioneerd was, en dus was de variabiliteit in waterstofisotoopverhoudingen binnen Marsmonsters te wijten aan ofwel terrestrische besmetting of atmosferische implantatie terwijl het zijn weg van Mars vond, ' zei Barnes.

Het idee dat het interieur van Mars qua samenstelling aardachtig was, kwam van een studie van een Mars-meteoriet waarvan men dacht dat het afkomstig was van de mantel - het interieur tussen de kern van de planeet en de oppervlaktekorst.

Echter, Barnes zei, "Meteorieten op Mars plotten in principe overal, en dus is het historisch gezien een uitdaging geweest om erachter te komen wat deze monsters ons eigenlijk vertellen over water in de mantel van Mars. Het feit dat onze gegevens voor de korst zo verschillend waren, bracht ons ertoe terug te gaan door de wetenschappelijke literatuur en de gegevens te onderzoeken."

De onderzoekers ontdekten dat twee geochemisch verschillende soorten vulkanisch gesteente op Mars - verrijkte shergottieten en uitgeputte shergottieten - water bevatten met verschillende waterstofisotoopverhoudingen. Verrijkte shergottieten bevatten meer deuterium dan de uitgeputte shergottieten, die meer op de aarde lijken, ze vonden.

"Het blijkt dat als je verschillende hoeveelheden waterstof van deze twee soorten shergottieten mengt, je kunt de aardkorstwaarde krijgen, ' zei Barnes.

Zij en haar collega's denken dat de shergottieten de handtekeningen van twee verschillende waterstof opnemen - en bij uitbreiding, waterreservoirs binnen Mars. Het grote verschil wijst erop dat meer dan één bron mogelijk water aan Mars heeft bijgedragen en dat Mars geen wereldwijde magma-oceaan had.