Een diep bassin op Mars met kenmerken die de invloed van grondwater tonen. NASA/JPL-Caltech/MSSS

Mars had een grondwatersysteem dat zich uitstrekte over heel de planeet

De Europese ruimtesonde Mars Express heeft voor het eerst geologische bewijzen gevonden voor een systeem van onderling verbonden meren die ooit diep onder het oppervlak van de Rode Planeet lagen. Opmerkelijk is dat vijf ervan mineralen bevatten die cruciaal zijn voor het ontstaan van leven. De bewijzen werden gevonden in diepe, ingesloten kraters, waarvan de bodems, die zo'n 4.000 meter onder de "zeespiegel" liggen, kenmerken vertonen die enkel gevormd kunnen worden in de aanwezigheid van water. 

Mars lijkt nu een dorre, droge planeet, maar het oppervlak ervan vertoont overtuigende aanwijzingen dat er vroeger grote hoeveelheden water over heel de planeet aanwezig moeten geweest zijn. We zien namelijk kenmerken die water nodig gehad hebben om te ontstaan - zich vertakkende beddingen en valleien bijvoorbeeld -, en verleden jaar nog ontdekte de Mars Express een poel vloeibaar water onder de zuidpool van Mars. 

Een nieuwe studie toont nu de omvang aan van het ondergrondse watersysteem vroeger op Mars, een omvang die tot nu toe enkel voorspeld was door modellen. 

"Het vroege Mars was een waterrijke wereld, maar naarmate het klimaat veranderde, trok dit water zich terug onder het oppervlak, om er poelen te vormen, en 'grondwater'", zei Francesco Salese van de Utrecht Universiteit in een persmededeling van de Europese ruimtevaartorganisatie ESA. Salese is de belangrijkste auteur van de nieuwe studie. 

"We traceerden dit water in onze studie, aangezien de omvang ervan en de rol die het speelt, het onderwerp van discussie vormen, en we vonden het eerste geologische bewijs voor een grondwatersysteem op Mars dat de hele planeet omvat."

Deze illustratie geeft de ligging weer van de diepe kraters die in de nieuwe studie onderzocht zijn. De achtergrond geeft de topografie weer in kleuren: rode en oranje tinten geven lager gelegen gebieden weer, blauw en groen hoger gelegen. Topography: NASA/MGS/MOLA; Crater distribution: F. Salese et al (2019)

24 diepe, ingesloten kraters

Salese en zijn collega's onderzochten 24 diepe, ingesloten kraters op het noordelijk halfrond van Mars, met bodems die ruwweg zo'n 4.000 meter onder het "zeeniveau" liggen. Het zeeniveau op Mars is - gezien de afwezigheid van zeeën op de planeet - arbitrair vastgelegd op basis van de hoogte en de atmosferische druk.

De onderzoekers vonden op de bodems van de kraters kenmerken die alleen gevormd kunnen zijn in de aanwezigheid van water. Veel kraters vertonen verschillende kenmerken, allemaal op dieptes van 4.000 tot 5.000 meter, die duidelijk maken dat de kraters ooit poelen en stromen van water bevat moeten hebben, die in de loop van de tijd veranderd zijn en zich teruggetrokken hebben. 

Tot de kenmerken behoren onder meer kanalen die in de kraterwanden uitgesleten zijn, valleien die uitgesneden zijn door ondergravend grondwater, donkere, gebogen delta's, waarvan men aanneemt dat ze gevormd zijn door het stijgen en dalen van waterniveaus, richelvormige terrassen in de kraterwanden die gevormd zijn door stilstaand water, en waaiervormige afzettingen van sedimenten die geassocieerd worden met stromend water.

Het waterniveau valt in lijn met de voorgestelde waterlijn van een hypothetische martiaanse oceaan, waarvan men denkt dat die tussen 3 en 4 miljard jaar geleden bestaan heeft op Mars. 

"We denken dat die oceaan verbonden zou geweest kunnen zijn met een systeem van ondergrondse meren, dat zich uitstrekte over de hele planeet", zei mede-auteur Gian Gabriele Ori, directeur van de International Research School of Planetary Sciences aan de Università degli Studi Gabriele d'Annunzio in Italië. "Deze meren zouden zo'n 3,5 miljard jaar geleden bestaan hebben, en ze kunnen dus tijdgenoten geweest zijn van de martiaanse oceaan."

Dit diagram toont een model van hoe de kraterbassins op Mars in de loop van de tijd geëvolueerd zijn, en hoe ze eens water bevat hebben. De foto's van de Context Camera aan boord van de Mars Reconnaissance Orbiter van de NASA tonen voorbeelden van de verschillende kenmerken die geobserveerd worden in de bassins. Er zijn drie belangrijke fases: in de eerste (bovenaan) is het kraterbassin ondergelopen met water, en kenmerken die in verband staan met water - delta's, door verzwakking ontstane valleien, beddingen, kustlijnen en dergelijke, worden erin gevormd. In de tweede fase (midden) daalt het waterniveau over de hele planeet, en komen nieuwe vormen van land tevoorschijn. In de laatste fase (onderaan) droogt de krater uit en wordt hij geërodeerd, en komen de kenmerken die zich in de loop van de voorgaande miljarden jaren gevormd hebben, tevoorschijn. Images: NASA/JPL-Caltech/MSSS; Diagram adapted from F. Salese et al. (2019)

Leven en aanwijzingen voor komende missies

De geschiedenis van het water op Mars is complex, en ze is onlosmakelijk verbonden met de vraag of er ooit leven ontstaan is - en als dat zo is, waar, wanneer en hoe het dat gedaan heeft. 

Het team onderzoekers vond ook aanwijzingen voor mineralen in vijf van de kraters, die verbonden zijn met het ontstaan van leven op aarde: verschillende soorten klei, carbonaten - koolzuurzouten -, en silicaten - kiezelzuurzout. Die vondsten maken het idee geloofwaardiger dat deze bassins op Mars ooit de ingrediënten kunnen bevat hebben die nodig zijn voor leven. Bovendien waren ze de enige bassins die diep genoeg waren om gedurende lange tijd  een snijpunt te vormen met het met water verzadigd deel van de korst van Mars, zodat er misschien ook nu nog bewijzen begraven liggen in de sedimenten. 

Het onderzoeken van sites zoals deze kan dus mogelijk voorwaarden aan het licht brengen die geschikt waren voor leven in het verleden, en de sites zijn dan ook zeer relevant voor astrobiologische missies zoals ExoMars, een gemeenschappelijke missie van de ESA en de Russische ruimtevaartorganisatie Roscosmos. De ExoMars Trace Gas Orbiter bestudeert Mars nu al van bovenaf, en volgend jaar zal het volgend deel van de missie gelanceerd worden. Dat omvat een rover, - die onlangs Rosalind Franklin genoemd werd - en een stationair wetenschappelijk platform, en de missie zal martiaanse sites onderzoeken waarvan gedacht wordt dat ze een sleutelrol spelen in de jacht naar tekens van leven op Mars. 

"Bevindingen als deze zijn enorm belangrijk, ze helpen ons de regio's op Mars te identificeren die het meest veelbelovend zijn om tekens van leven uit het verleden te vinden", zei Dmitri Titov, een onderzoeker bij het Mars Express project van de ESA.

"Bijzonder opwindend is dat een missie die al zo succesvol is geweest in verband met de Rode Planeet, Mars Express, nu een grote hulp is bij het onderzoeken van Mars door toekomstige missies, zoals ExoMars, op een andere manier. Het is een prachtig voorbeeld van missies die zeer succesvol samenwerken."  

De Mars Express werd op 2 juni 2003 gelanceerd, en bereikte vorig jaar zijn 15e jaar in de ruimte. Deze studie gebruikte waarnemingen van de High Resolution Stereo Camera (HRSC) op de Mars Express, van het High Resolution Imaging Science Experiment (HiRISE) van de NASA, en van de Context Camera aan boord van de Mars Reconaissance Orbiter van de NASA. Er werd een digitaal model van het terrein gebruikt dat gebaseerd was op gegevens van de HRSC en de Mars Orbiter Laser Altimeter van de NASA.

De studie van Salese en zijn collega's is gepubliceerd in Journal of Geophysical Research: Planets

Meest gelezen