Nieuwe hypothese over ‘onvindbaar’ water op Mars

Mogelijk ligt er een oceaan aan water opgesloten in mineralen in de Martiaanse korst, waardoor schattingen van de totale hoeveelheid water die in een ver verleden op de Rode Planeet aanwezig was, veel hoger uitvallen.

Gepubliceerd 18 mrt. 2021 13:05 CET
mars

Ooit stroomde er veel water op het oppervlak van Mars, maar miljarden jaren geleden is al dat water verdwenen. Uit nieuw onderzoek komt naar voren dat het Martiaanse water niet alleen naar de ruimte verdampte maar ook werd gebonden door mineralen in de korst van de planeet.

Foto van Image by NASA/JPL-Caltech

Tegenwoordig is Mars een ijskoude woestijn. Maar drooggevallen delta’s en rivierbeddingen duiden erop dat er ooit veel water op het oppervlak van de Rode Planeet heeft gestroomd. Waar is al dat water gebleven? Al tientallen jaren proberen wetenschappers een antwoord op die vraag te vinden en te verklaren waarom Mars veranderde in een droge woestenij terwijl zijn buurplaneet, de aarde, haar water vasthield en zich ontwikkelde tot een biologisch paradijs.

Door observaties van de Rode Planeet in nieuwe computermodellen te verwerken, heeft een team van geologen en atmosfeerwetenschappers zich nu een nieuw beeld van het Martiaanse verleden gevormd en zijn tot de conclusie gekomen dat veel van het oerwater op Mars ook nu nog ligt opgesloten in mineralen in de korst van de planeet.

Uit eerder onderzoek was al gebleken dat het overgrote deel van het Martiaanse water ooit in de ruimte is verdwenen toen de atmosfeer van de Rode Planeet werd afgebroken door de straling van de zon. Maar in de nieuwe studie, die gisteren in het tijdschrift Science is gepubliceerd en op de jaarlijkse Lunar and Planetary Science Conference is gepresenteerd, komen de auteurs tot de slotsom dat het water op Mars niet alleen via de atmosfeer is verdampt maar ook door geologische processen is gebonden.

Afhankelijk van de oorspronkelijke hoeveelheid water die als uitgangspunt wordt genomen, schatten de opstellers van het nieuwe computermodel dat tussen de 30 en 99 procent van het Martiaanse water in de korst van de planeet is opgenomen, terwijl het resterende deel naar de ruimte ontsnapte. De grote marge in het percentage weerspiegelt het feit dat beide processen een rol speelden en dat “de waarheid daar ergens tussenin ligt,” zegt Briony Horgan, een planetoloog van de Purdue University die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken.

Als het nieuwe model klopt, moet het verhaal van Mars’ jeugdjaren worden herschreven. Het feit dat er mogelijk vandaag de dag nog veel water in de Martiaanse korst ligt opgesloten, betekent dat er in een ver verleden op de Rode Planeet veel meer water aanwezig was dan in eerdere modellen is geschat en dat de vroege en vochtige geschiedenis van Mars veel prettiger moet zijn geweest voor mogelijke vormen van microbieel leven dan tot nu toe werd gedacht.

“Deze studie houdt rekening met de mogelijkheid van een ‘blauwe planeet’ Mars in een ver verleden, ook al was dat maar van korte duur,” zegt Paul Byrne, een planetoloog van de North Carolina State University die niet bij de nieuwe studie was betrokken.           

Van kletsnat tot kurkdroog

Uit een groot aantal drooggevallen rivierbeddingen, delta’s, meerbekkens en binnenzeeën op Mars is duidelijk geworden dat er ooit heel veel water op het oppervlak van de planeet stroomde. Mogelijk bevonden zich op het noordelijk halfrond van Mars zelfs één of meerdere oceanen, hoewel de meningen daarover verdeeld blijven. Los van de mogelijkheid van een aantal ondergrondse pekelmeren en aquifers ligt het meeste water dat zich nu nog op Mars bevindt, opgesloten in de ijskappen op de beide polen of in ijshoudende lagen onder de grond.

Door te kijken naar de chemische samenstelling van Martiaanse meteorieten van verschillende ouderdom en door gebruik te maken van gegevens over oude gesteenten en de huidige Martiaanse atmosfeer die zijn verzameld door de NASA-rover Curiosity, konden de wetenschappers schatten hoeveel oppervlaktewater (in de vorm van ijs, vloeibaar water of waterdamp) er op verschillende momenten in het Martiaanse verleden aanwezig is geweest. En hun conclusie luidt dat er in de vroege fase van Mars genoeg water aanwezig was om de planeet in zijn geheel te bedekken met een oceaan met een diepte van 45 tot 245 meter, ervan uitgaande dat al dat water vloeibaar was.

Ooit had Mars een veel dichtere atmosfeer, en de luchtdruk daarvan moet het mogelijk hebben gemaakt dat er vloeibaar water op het oppervlak van de Rode Planeet stroomde. Maar uit gegevens van de NASA-orbiter MAVEN blijkt dat de Martiaanse atmosfeer al zo’n vijfhonderd miljoen jaar na het ontstaan van de planeet werd afgebroken door de zonnewind, de constante stroom van geladen deeltjes die door onze thuisster wordt uitgezonden. Waarom dat gebeurde, is nog niet geheel duidelijk, hoewel het vroege verdwijnen van het Martiaanse magneetveld daarbij waarschijnlijk een sleutelrol heeft gespeeld.

Door het verdwijnen van de atmosfeer werd circa negentig procent van al het oppervlaktewater op Mars in waterdamp omgezet, dat vervolgens door ultraviolette straling van de zon werd afgebroken en in de ruimte verdween, waardoor de planeet veranderde in een uitgedroogde woestenij.

Martiaanse edelstenen

Dat is althans het meest plausibele scenario. Maar er zitten enkele hiaten in dat verhaal.

Wat er met het oerwater op de planeet is gebeurd, wordt van oudsher afgeleid uit schattingen van de twee typen waterstof die in de huidige Martiaanse atmosfeer voorkomen. Wanneer waterdamp in de atmosfeer wordt gebombardeerd door de ultraviolette straling van de zon, wordt het opgebroken in waterstof- en zuurstofmoleculen. Als een zeer licht gas kan die waterstof vervolgens gemakkelijk de ruimte in verdwijnen. Maar een deel van de waterdamp bevat een zwaardere isotoop van waterstof genaamd deuterium, die vaker in de atmosfeer achterblijft.

Wetenschappers weten wat de natuurlijke verhouding tussen ‘gewoon’ waterstof (protium) en deuterium op Mars zou moeten zijn, dus kunnen ze uit de hoeveelheid deuterium die in de atmosfeer is achtergebleven, opmaken hoeveel ‘gewone’ waterstof er ooit op de Rode Planeet aanwezig is geweest. Deuterium fungeert dus als een vage vingerafdruk waaraan kan worden afgelezen hoeveel water er uiteindelijk in de ruimte is verdwenen.

Ook tegenwoordig nog verdwijnt waterstof op Mars de ruimte in, en wetenschappers kunnen uit het tempo waarmee dat gebeurt afleiden hoeveel water er voorgoed verloren gaat. Maar ook als dat tempo gedurende de afgelopen vierenhalf miljard jaar stabiel zou zijn geweest, zou dat niet de enorme hoeveelheid water kunnen verklaren die in het verleden van de planeet is verdwenen, zegt Eva Linghan Scheller, doctoraalstudent aan Caltech en hoofdauteur van de nieuwe studie.

Een andere aanwijzing is afkomstig van de vele rovers en orbiters die onderzoek doen naar gesteenten op Mars. In de afgelopen twintig jaar zijn er op de Rode Planeet veel waterhoudende mineralen ontdekt, waaronder talloze soorten klei. Aanvankelijk werden her en der alleen kleine voorkomens gespot, maar inmiddels “zien we bewijzen voor een kolossaal volume aan gehydrateerde mineralen aan de oppervlakte,” zegt Horgan.

Al die zeer oude, gehydrateerde mineralen wijzen erop dat er lang geleden enorme hoeveelheden water op het Martiaanse oppervlak stroomden – veel meer dan uit de handtekening van het deuterium in de atmosfeer kan worden afgeleid.

“Het heeft even geduurd voordat we alle gehydrateerde mineralen aan de oppervlakte hebben gevonden en het belang ervan op een wereldomspannende schaal hebben kunnen beoordelen,” zegt Kirsten Siebach, een planetoloog van de Rice University die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken.

Mars 101
Mensen worden al duizenden jaren gefascineerd door Mars, van zijn bloedrode uitstraling tot de mogelijkheid van leven op zijn oppervlak. Leer hoe de rode planeet werd gevormd uit gas en stof en wat zijn poolkappen mogelijk betekenen voor het leven zoals wij dat op Aarde kennen.

Twee soorten apocalyps

Een van de problemen was dat er in voorgaande modellen niet echt rekening was gehouden met het vermogen van de Martiaanse korst om grote hoeveelheden water in mineralen te binden, zegt Scheller. Dus besloten zij en haar collega’s om aan de hand van een nieuw model te schatten wat er gedurende de vierenhalf miljard jaar durende geschiedenis van Mars met het oppervlaktewater op de planeet is gebeurd.

Het model gaat van een aantal veronderstellingen uit, zoals de hoeveelheid water die er oorspronkelijk op Mars aanwezig was, de hoeveel water die door waterhoudende asteroïden en ijzige kometen naar de Rode Planeet zijn gebracht, de hoeveelheid water die in de loop der tijd in de ruimte is verdwenen en de hoeveelheid water die door middel van vulkanische activiteit naar de oppervlakte is gebracht. Afhankelijk van de waarden die aan deze variabelen worden toegekend, kwam het team tot de conclusie dat er op Mars ooit genoeg oppervlaktewater aanwezig moet zijn geweest om de hele planeet te bedekken met een oceaan van 45 tot 245 meter diep.

Tussen de 4,1 en 3,7 miljard jaar geleden liep de hoeveelheid oppervlaktewater op Mars drastisch terug toen het werd opgezogen door mineralen in de korst en door verdamping naar de ruimte. Geen van de gehydrateerde mineralen die tot nu toe op de Rode Planeet zijn gevonden, zijn jonger dan drie miljard jaar, zegt Scheller, wat erop wijst dat Mars al vrij kort na zijn ontstaan in een kurkdroge wereld veranderde.

Het nieuwe model heeft zijn beperkingen, omdat enkele belangrijke variabelen vaag blijven. Maar het vormt wel een belangrijke stap, die “ongetwijfeld als uitgangspunt zal dienen voor talloze toekomstige studies naar de geschiedenis van het water op Mars,” zegt Geronimo Villanueva, een planetoloog van het Goddard Space Flight Center van de NASA in Greenbelt, Maryland, die niet bij het nieuwe onderzoek was betrokken.

Het model zal in elk geval licht werpen op de discrepantie tussen de hoeveelheid water die uit deuterium-metingen kan worden afgeleid en de grote aantallen landschapskenmerken op Mars die erop duiden dat er ooit zeer veel water op de planeet aanwezig is geweest. Tot nu toe was onduidelijk waar het water voor al deze meren en rivieren vandaan kwam, zegt Siebach, maar het nieuwe model biedt een verklaring voor dat raadsel, door een veel grotere hoeveelheid water op Mars te identificeren.

Het onderzoek heeft geen gevolgen voor de inschatting van de hoeveelheid water die tegenwoordig op Mars wordt gevonden, die erg klein is. Volgens Horgan zullen astronauten in de toekomst misschien waterhoudende mineralen op Mars kunnen verhitten om er water aan te onttrekken, maar dat zou een zeer energieverslindend proces zijn.

“Wat deze studie ons vertelt, is dat er in de vroege fase van Mars veel meer water aanwezig was en dat de planeet toen het meest leefbaar is geweest,” zegt Siebach. Als er ooit microben op de Rode Planeet hebben geleefd, dan zouden ze zich door al dat beschikbare water hebben kunnen verspreiden, maar toen het water zo’n drie miljard jaar geleden was verdwenen, moeten ze het moeilijk hebben gekregen.

Het idee dat een aanzienlijke hoeveelheid water door de korst kan worden geabsorbeerd, kan ook iets zeggen over andere aardse planeten, zegt Byrne van de North Carolina State University.

Ook op aarde wordt water door mineralen gebonden, maar op onze planeet worden deze mineralen door de platentektoniek voortdurend gerecycled, waarbij het water door vulkaanuitbarstingen weer aan de oppervlakte treedt, zegt Siebach. Daarentegen kan de onbeweeglijke korst van Mars de Rode Planeet hebben veroordeeld tot een bestaan als koude woestenij. Heeft zich een soortgelijk proces voorgedaan op Venus? En wordt water ook op exoplaneten ver buiten ons zonnestelsel door de korst geabsorbeerd?

Volgens Scott King, een planetoloog van Virginia Tech die niet bij de nieuwe studie was betrokken, biedt het model inzicht in de evolutie van Mars en andere rotsachtige werelden.

“We hebben nu een schat aan nieuwe vragen die we kunnen stellen en waarover we kunnen nadenken,” zegt hij.

Dit artikel werd oorspronkelijk in het Engels gepubliceerd op NationalGeographic.com

Lees meer

Ontdek Nat Geo

  • Dieren
  • Milieu
  • Geschiedenis en Cultuur
  • Wetenschap
  • Reizen
  • Fotografie
  • Ruimte
  • Video

Over ons

Abonnement

  • Abonneren
  • Schrijf je in
  • Shop
  • Disney+

Volg ons

  • Gebruiksvoorwaarden
  • Privacyverklaring
  • Cookiebeleid
Copyright © 1996-2015 National Geographic Society. Copyright © 2015-2017 National Geographic Partners, LLC. Alle rechten voorbehouden.