Nieuw onderzoek onthult het koude, ijzige verleden van Mars

Een nieuwe studie heeft belangrijke aanwijzingen gevonden die op de loer liggen in de bodem van de Rode Planeet.

Recent onderzoek vergelijkt de bodem van de aarde en… Mars De studie suggereert dat het historische klimaat op Mars koud en subarctisch was, vergelijkbaar met Newfoundland. De studie concentreerde zich op amorfe materialen in de bodem van de Gale-krater, die mogelijk bewaard zijn gebleven onder bijna bevroren omstandigheden, wat nieuwe inzichten opleverde in de omgevingsomstandigheden van Mars en de mogelijkheid van leven erop.

Onderzoek naar het vroegere klimaat van Mars via de bodem van de aarde

De vraag of Mars ooit het leven ondersteunde, houdt al tientallen jaren de verbeelding van wetenschappers en het publiek bezig. De essentie van deze ontdekking is om inzicht te krijgen in het klimaat van de naburige planeet in het verleden: was de planeet warm en vochtig, met zeeën en rivieren die sterk leken op die op onze planeet? Of was het te koud en te ijskoud, en daarom misschien minder geschikt voor het leven zoals wij dat kennen?

Een nieuwe studie heeft bewijs gevonden om deze opvatting te ondersteunen door overeenkomsten te identificeren tussen de bodems op Mars en die in het Canadese Newfoundland, een regio met een koud subarctisch klimaat.

Rand en bodem van de Gale-krater, gezien vanuit NASA’s Curiosity-rover. Afbeelding tegoed: NASA/JPL-Caltech

Inzichten uit de bodemanalyse van de Gale Crater

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Aarde- en milieucommunicatie Op 7 juli, Wetenschappers zochten naar grond op aarde die materialen bevatte die vergelijkbaar waren met die gevonden in de Gale-krater op Mars. Wetenschappers gebruiken vaak de bodem om de milieugeschiedenis weer te geven, omdat de aanwezige mineralen het verhaal kunnen vertellen van de evolutie van een landschap in de loop van de tijd. Als we meer begrijpen over hoe deze materialen ontstaan, kunnen we al lang bestaande vragen over de historische omstandigheden op de Rode Planeet beantwoorden. De bodem en rotsen van de Gale-krater bieden een overzicht van het klimaat op Mars tussen 3 en 4 miljard jaar geleden, tijdens een periode van relatief overvloedig water op de planeet – dezelfde periode waarin het leven voor het eerst op aarde verscheen.

“Gale Crater is een oude bodem van een meer – en er was duidelijk water”, zegt Anthony Feldman, bodemwetenschapper en landmorfoloog die nu bij DRI werkt tegenhanger.” “Rechtstreeks naar het oppervlak van Mars, omdat de omstandigheden tussen Mars en de aarde heel verschillend zijn, maar we kunnen naar trends onder terrestrische omstandigheden kijken en deze gebruiken om te proberen vragen over Mars te extrapoleren.”

De onderzoekslocatie ligt in de hooglanden van Newfoundland. Fotocredit: Anthony Feldman/DRI

Uitdagingen bij het analyseren van Mars-materialen

NASA’s Curiosity-rover onderzoekt de Gale-krater sinds 2011 en heeft een overvloed aan bodemmateriaal gevonden dat bekend staat als ‘amorf röntgenmateriaal’. Deze bodemcomponenten missen de typische repetitieve atomaire structuur die mineralen definieert, en kunnen daarom niet gemakkelijk worden gekarakteriseerd met behulp van conventionele technieken zoals röntgendiffractie. Wanneer röntgenstralen worden afgevuurd op kristallijne materialen zoals diamant, verstrooien de röntgenstralen zich onder verschillende hoeken, gebaseerd op de interne structuur van het metaal. Röntgenamorfe materie produceert echter niet deze karakteristieke ‘vingerafdrukken’. Curiosity gebruikte deze röntgendiffractiemethode om aan te tonen dat röntgenamorfe materie tussen 15 en 73% uitmaakt van de bodem- en gesteentemonsters die in de Gale-krater zijn getest.

“Amorfe materialen verkregen uit röntgenstraling kun je beschouwen als gelei”, zegt Feldman. “Het is een mengsel van verschillende elementen en chemicaliën die over elkaar heen glijden.”

De Curiosity-rover voerde ook chemische analyses uit op grond- en gesteentemonsters en ontdekte dat het amorfe materiaal rijk is aan ijzer en silica, maar geen aluminium bevat. Afgezien van de beperkte chemische informatie begrijpen wetenschappers nog niet wat amorfe materie is, of wat de aanwezigheid ervan betekent in relatie tot de historische omgeving van Mars. Het ontdekken van meer informatie over hoe deze mysterieuze materialen zich op aarde vormen en blijven bestaan, kan helpen hardnekkige vragen over de Rode Planeet te beantwoorden.

Veldstudies die de omstandigheden op Mars simuleren

Feldman en zijn collega’s bezochten drie locaties op zoek naar amorfe materialen die lijken op röntgenstraling: de plateaus van het Gros Morne National Park in Newfoundland, het Klamath-gebergte in Noord-Californië en het westen van Nevada. Deze drie locaties hadden verweerde bodems waarvan de onderzoekers voorspelden dat ze chemisch vergelijkbaar waren met het röntgenamorfe materiaal in de Gale-krater: rijk aan ijzer en silicium maar zonder aluminium. De drie locaties boden ook een scala aan regenval, sneeuwval en temperaturen die kunnen helpen inzicht te verschaffen in het soort omgevingsomstandigheden dat amorf materiaal produceert en het behoud ervan kan bevorderen.

Op elke locatie onderzocht het onderzoeksteam de bodem met behulp van röntgendiffractieanalyse en transmissie-elektronenmicroscopie, waardoor ze bodemmaterialen op een gedetailleerder niveau konden zien. Subarctische omstandigheden in Newfoundland hebben materialen geproduceerd die chemisch vergelijkbaar zijn met die gevonden in de Gale-krater, maar die ook geen kristallijne structuur hebben. Bodems geproduceerd in warmere klimaten zoals Californië en Nevada waren dat niet.

“Dit laat zien dat je daar water nodig hebt om deze materialen te vormen”, zegt Feldman. “Maar de omstandigheden moeten koud zijn en de gemiddelde jaartemperatuur ligt rond het vriespunt, om het amorfe materiaal in de bodem te behouden.”

Amorfe materialen worden vaak als relatief onstabiel beschouwd, wat betekent dat de atomen op atomair niveau nog niet zijn georganiseerd in hun uiteindelijke, meer kristallijne vormen. “Er is iets aan de hand in de kinetiek – of de reactiesnelheid – waardoor het langzamer gaat, zodat deze materialen over geologische tijdschalen kunnen worden bewaard,” zegt Feldman. “Wat wij voorstellen is dat er sprake is van zeer koude omstandigheden, bijna vriespunt een beperkende factor in de beweging waardoor deze materialen zich kunnen vormen.”

“Deze studie verbetert ons begrip van het klimaat op Mars,” zegt Feldman. “De resultaten suggereren dat de overvloed aan dit materiaal in de Gale-krater consistent is met subpolaire omstandigheden, vergelijkbaar met wat we bijvoorbeeld in IJsland zouden kunnen zien.”

Referentie: “IJzerrijke amorfe röntgenmaterie registreert het klimaat in het verleden en de persistentie van water op Mars” door Anthony D. Feldman en Elizabeth M. Hausrath en Elizabeth B. Rampe, Valerie Tu en Tanya S. Beretiazko, Christopher DeFelice en Thomas Sharp, 7 juli 2024. Aarde- en milieucommunicatie.
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4