Zeezout ingebed in het stoffige oppervlak van Mars en opgetild in de atmosfeer van de planeet heeft geleid tot de ontdekking van waterstofchloride - de eerste keer dat de ESA-Roscosmos ExoMars Trace Gas Orbiter een nieuw gas heeft gedetecteerd. Het ruimtevaartuig geeft ook nieuwe informatie over hoe Mars zijn water verliest.

Een belangrijke zoektocht in de verkenning van Mars is de jacht op atmosferische gassen die verband houden met biologische of geologische activiteit, evenals het begrijpen van de vroegere en huidige waterinventaris van de planeet, om te bepalen of Mars ooit bewoonbaar had kunnen zijn en of er waterreservoirs toegankelijk zouden kunnen zijn voor toekomstige menselijke verkenning. Twee nieuwe resultaten van het ExoMars-team vandaag gepubliceerd in wetenschappelijke vooruitgang onthullen een geheel nieuwe klasse van chemie en bieden meer inzicht in seizoensveranderingen en interacties tussen de atmosfeer en het oppervlak als drijvende krachten achter de nieuwe waarnemingen.

Een nieuwe chemie

"We hebben voor het eerst waterstofchloride ontdekt op Mars. Dit is de eerste detectie van een halogeengas in de atmosfeer van Mars, en vertegenwoordigt een nieuwe chemische cyclus om te begrijpen, " zegt Kevin Olsen van de Universiteit van Oxford, VK, een van de leidende wetenschappers van de ontdekking.

waterstofchloridegas, of HCl, bestaat uit een waterstof- en chlooratoom. Mars-wetenschappers waren altijd op zoek naar gassen op basis van chloor of zwavel, omdat dit mogelijke indicatoren zijn voor vulkanische activiteit. Maar de aard van de waterstofchloride-waarnemingen - het feit dat het tegelijkertijd op zeer verre locaties werd gedetecteerd, en het ontbreken van andere gassen die van vulkanische activiteit zouden worden verwacht, wijst op een andere bron. Dat is, de ontdekking suggereert een geheel nieuwe interactie tussen het oppervlak en de atmosfeer, aangedreven door de stofseizoenen op Mars die nog niet eerder waren onderzocht.

In een proces dat erg lijkt op dat op aarde, zouten in de vorm van natriumchloride - overblijfselen van verdampte oceanen en ingebed in het stoffige oppervlak van Mars - worden door wind in de atmosfeer getild. Zonlicht verwarmt de atmosfeer en veroorzaakt stof, samen met waterdamp die vrijkomt uit ijskappen, stijgen. Het zoute stof reageert met atmosferisch water om chloor vrij te maken, die vervolgens zelf reageert met moleculen die waterstof bevatten om waterstofchloride te creëren. Bij verdere reacties zou het chloor- of zoutzuurrijke stof naar de oppervlakte kunnen terugkeren, misschien als perchloraten, een klasse zout gemaakt van zuurstof en chloor.

"Je hebt waterdamp nodig om chloor vrij te maken en je hebt de bijproducten van water - waterstof - nodig om waterstofchloride te vormen. Water is van cruciaal belang in deze chemie, " zegt Kevin. "We zien ook een correlatie met stof:we zien meer waterstofchloride als de stofactiviteit toeneemt, een proces dat verband houdt met de seizoensgebonden verwarming van het zuidelijk halfrond."

Het team zag het gas voor het eerst tijdens de wereldwijde stofstorm in 2018, het observeren verschijnt gelijktijdig op zowel het noordelijk als het zuidelijk halfrond, en was weer getuige van zijn verrassend snelle verdwijning aan het einde van de stoffige seizoensperiode. Ze kijken nu al naar de gegevens die tijdens het volgende stofseizoen zijn verzameld en zien de HCl weer stijgen.

"Het is ongelooflijk de moeite waard om te zien hoe onze gevoelige instrumenten een nooit eerder gezien gas in de atmosfeer van Mars detecteren, " zegt Oleg Korablev, hoofdonderzoeker van het Atmospheric Chemistry Suite-instrument dat de ontdekking deed. "Onze analyse verbindt het ontstaan ​​en de afname van het waterstofchloridegas met het oppervlak van Mars."

Uitgebreide laboratoriumtests en nieuwe wereldwijde atmosferische simulaties zullen nodig zijn om de op chloor gebaseerde interactie tussen de oppervlakte en de atmosfeer beter te begrijpen, samen met voortdurende waarnemingen op Mars om te bevestigen dat de opkomst en ondergang van HCl wordt veroorzaakt door de zomer op het zuidelijk halfrond.

"De ontdekking van het eerste nieuwe spoorgas in de atmosfeer van Mars is een belangrijke mijlpaal voor de Trace Gas Orbiter-missie. " zegt Håkan Svedhem, ESA's ExoMars Trace Gas Orbiter-projectwetenschapper. "Dit is de eerste nieuwe gasklasse die is ontdekt sinds de beweerde waarneming van methaan door ESA's Mars Express in 2004, die de zoektocht naar andere organische moleculen motiveerde en uiteindelijk culmineerde in de ontwikkeling van de Trace Gas Orbiter-missie, waarvoor het opsporen van nieuwe gassen een primair doel is."

Stijgende waterdamp bevat aanwijzingen voor klimaatevolutie

Naast nieuwe gassen, de Trace Gas Orbiter verfijnt ons begrip van hoe Mars zijn water verloor - een proces dat ook verband houdt met seizoensveranderingen.

Er wordt ooit gedacht dat vloeibaar water over het oppervlak van Mars is gestroomd, zoals blijkt uit de talrijke voorbeelden van oude uitgedroogde valleien en rivierkanalen. Vandaag, het is meestal opgesloten in de ijskappen en ondergronds begraven. Mars lekt nog steeds water, in de vorm van waterstof en zuurstof die uit de atmosfeer ontsnappen.

Het begrijpen van het samenspel van potentiële waterhoudende reservoirs en hun seizoensgebonden en langetermijngedrag is de sleutel tot het begrijpen van de evolutie van het klimaat van Mars. Dit kan door de studie van waterdamp en 'semi-zwaar' water (waarbij één waterstofatoom wordt vervangen door een deuteriumatoom, een vorm van waterstof met een extra neutron).

"De deuterium-waterstofverhouding, D/H, is onze chronometer - een krachtige metriek die ons vertelt over de geschiedenis van water op Mars, en hoe waterverlies in de loop van de tijd is geëvolueerd. Dankzij de ExoMars Trace Gas Orbiter, we kunnen deze chronometer nu beter begrijpen en kalibreren en testen op mogelijke nieuwe waterreservoirs op Mars, " zegt Geronimo Villanueva van NASA's Goddard Space Flight Center en hoofdauteur van het nieuwe resultaat.

"Met de Trace Gas Orbiter kunnen we het pad van de waterisotopologen bekijken terwijl ze opstijgen in de atmosfeer met een detailniveau dat voorheen niet mogelijk was. Eerdere metingen gaven alleen het gemiddelde over de diepte van de hele atmosfeer. Het is alsof we alleen had eerder een 2D-weergave, nu kunnen we de atmosfeer in 3D verkennen, " zegt Ann Carine Vandaele, hoofdonderzoeker van het instrument Nadir and Occultation for MARs Discovery (NOMAD) dat voor dit onderzoek is gebruikt.

De nieuwe metingen onthullen dramatische variabiliteit in D/H met hoogte en seizoen als het water stijgt vanaf zijn oorspronkelijke locatie." Interessant is dat uit de gegevens blijkt dat als water eenmaal volledig is verdampt, het vertoont meestal een veel voorkomende grote verrijking in halfzwaar water, en een D/H-verhouding die zes keer groter is dan die van de aarde in alle reservoirs op Mars, bevestigen dat er in de loop van de tijd grote hoeveelheden water verloren zijn gegaan, ", zegt Giuliano Liuzzi van de American University en NASA's Goddard Space Flight Center en een van de leidende wetenschappers van het onderzoek.

ExoMars-gegevens verzameld tussen april 2018 en april 2019 toonden ook drie gevallen aan die het waterverlies uit de atmosfeer versnelden:de wereldwijde stofstorm van 2018, een korte maar hevige regionale storm in januari 2019, en het vrijkomen van water uit de zuidpoolijskap tijdens de zomermaanden in verband met seizoensveranderingen. Van bijzonder belang is een pluim van stijgende waterdamp tijdens de zuidelijke zomer die mogelijk water in de bovenste atmosfeer zou injecteren op seizoens- en jaarbasis.

Toekomstige gecoördineerde waarnemingen met andere ruimtevaartuigen, waaronder NASA's MAVEN, die zich richt op de bovenste atmosfeer, zal aanvullende inzichten verschaffen in de evolutie van water gedurende het Marsjaar.

"De veranderende seizoenen op Mars, en met name de relatief hete zomer op het zuidelijk halfrond lijkt de drijvende kracht te zijn achter onze nieuwe waarnemingen, zoals het verhoogde atmosferische waterverlies en de stofactiviteit die verband houdt met de detectie van waterstofchloride, die we zien in de twee laatste onderzoeken, ", voegt Håkan toe. "Door de waarnemingen van de Spoorgasorbiter kunnen we de atmosfeer van Mars als nooit tevoren verkennen."