Orbiters geven ons de kans om het oppervlak van Mars van dichtbij te bestuderen, en enkele van de kenmerken die op de voorgrond treden, zijn droge rivierkanalen. Het zijn er meer dan 10.000. Maar een nieuwe studie suggereert dat gletsjers op het oude Mars verantwoordelijk zijn voor veel van hen.
Volgens de studie zijn die gletsjers en het water dat eronder stroomt verantwoordelijk voor het uithakken van sommige van die rivierbeddingen, in plaats van vrij stromende rivieren.
We kijken al tientallen jaren naar foto's van het oppervlak van Mars en nu hebben we een scherp vogelperspectief van de dingen. Mars heeft veel droge rivierdalen en de conclusie is dat de planeet in het verleden warm en nat moest zijn. Er was voldoende stromend water, en zelfs oceanen . Maar deze nieuwe studie nam al die valleien onder de loep en realiseerde zich dat ze veel verschillende vormen aannamen.
De nieuwe studie is getiteld “ Valleivorming op het vroege Mars door subglaciale en fluviatiele erosie. ” De hoofdauteur is Anna Grau Galofre, voormalig promovendus aan het Department of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences van de University of British Columbia. De studie is gepubliceerd in het tijdschrift Nature Geoscience.
Veel studies van de valleien van Mars hebben ze geïnterpreteerd als een resultaat van vrij stromend oppervlaktewater of rivieren. Maar in de inleiding van hun paper schrijven de onderzoekers dat '... de morfologische variabiliteit van valleinetwerken suggereert dat er meerdere erosieprocessen in het spel waren. Op aarde kan water eroderen door de werking van oppervlakte-afvoer, maar ook door glaciale processen en wanneer het wordt opgesloten in drainagekanalen onder ijskappen.”
In hun onderzoek keken de auteurs naar meer dan 10.000 Martiaanse valleien, een voorstel dat niet zo lang geleden onmogelijk was. Om de valleien te analyseren, ontwikkelden ze nieuwe technieken en modellen, grotendeels gebaseerd op de kenmerken van valleien op aarde. Hun resultaten suggereren dat het oude Mars misschien niet zo warm en nat was als we dachten.
“De laatste 40 jaar, sinds de eerste ontdekking van de valleien van Mars, was de veronderstelling dat er ooit rivieren op Mars stroomden en al deze valleien erodeerden en hun oorsprong hadden”, zegt Grau Galofre in een persbericht . 'Maar er zijn honderden valleien op Mars en ze zien er heel anders uit. Als je vanuit een satelliet naar de aarde kijkt, zie je veel valleien: sommige zijn gemaakt door rivieren, andere zijn gemaakt door gletsjers, andere zijn gemaakt door andere processen, en elk type heeft een kenmerkende vorm. Mars is vergelijkbaar, in die zin dat valleien er heel anders uitzien, wat suggereert dat er veel processen in het spel waren om ze te kerven.
Op Mars zijn valleinetwerken oud, ongeveer 3,9 tot 3,5 miljard jaar geleden gevormd. Ze zijn gevormd in Het grootste deel van de valleien van Mars bevinden zich in de hooglanden van het zuidelijk halfrond, een geografie die tweederde van het oppervlak van Mars domineert.
De meeste valleien van Mars liggen in de hooglanden van het zuidelijk halfrond. De auteurs analyseerden 10.276 individuele valleisystemen in 66 valleinetwerken. Klik om te vergroten. Afbeelding tegoed: Galofre et al, 2020.
Een afgelegen eiland in het noorden van Canada speelde een centrale rol in dit werk. Devon Island is 's werelds grootste onbewoonde eiland en maakt deel uit van de Arctische archipel. Wetenschappers zijn erin geïnteresseerd omdat het in veel opzichten lijkt op het oppervlak van Mars; vooral die van het eiland Haughton-krater . Het eiland wordt beschouwd als een 'Mars-analoog' en wordt gebruikt om de uitdagingen van het verkennen van Mars te onderzoeken.
'Devon Island is een van de beste analogen die we hebben voor Mars hier op aarde - het is een koude, droge, poolwoestijn en de ijstijd is grotendeels gebaseerd op koude', zegt co-auteur Gordon Osinski, professor aan de afdeling Western University van de Western University. aardwetenschappen en Instituut voor Earth and Space Exploration.
Gedessineerde permafrost op Devon Island. Het eiland is interessant voor wetenschappers en is een goede analogie voor Mars. Devon Island motiveerde de auteurs om de rivierbeddingen van Mars te bestuderen. Image Credit: door Anthonares - Eigen werk, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4121602
Devon Island is de thuisbasis van subglaciale kanalen die lijken op sommige van de valleien op Mars. Die gelijkenis is deels wat de onderzoekers inspireerde om dit werk te doen. Ze gebruikten een algoritme dat kanalen op Mars en de aarde vergeleek en om hun onderliggende oorzaken af te leiden. Hun resultaten zijn de eerste die laten zien hoe valleien op Devon Island en op Mars door hetzelfde proces kunnen zijn gevormd.
'De bevindingen tonen aan dat slechts een fractie van de valleinetwerken overeenkomt met patronen die typerend zijn voor oppervlaktewatererosie...'
Mark Jellinek, co-auteur, professor, UBC Department of Earth, Ocean and Atmospheric Sciences
'Deze resultaten zijn het eerste bewijs voor uitgebreide subglaciale erosie die wordt veroorzaakt door gekanaliseerde smeltwaterafvoer onder een oude ijskap op Mars', zegt co-auteur Mark Jellinek, professor aan de afdeling aarde, oceaan en atmosferische wetenschappen van UBC. 'De bevindingen tonen aan dat slechts een fractie van de valleinetwerken overeenkomt met patronen die typerend zijn voor oppervlaktewatererosie, wat in schril contrast staat met de conventionele visie. Het gebruik van de geomorfologie van het oppervlak van Mars om het karakter en de evolutie van de planeet op een statistisch zinvolle manier rigoureus te reconstrueren, is eerlijk gezegd revolutionair.'
Gletsjers hebben buizen die smeltwater transporteren. Dit water kan onder de gletsjer door stromen en rivierdalen uitgraven die onder al het ijs zijn begraven. Onderzoekers denken dat dit is hoeveel van de riviervalleien van Mars zijn uitgehouwen in plaats van door vrij stromende rivieren. Dit is een foto van de Mendenhall-gletsjer, Tongass National Forest, Alaska. Afbeelding tegoed: foto door Adam DiPietro. Forest Service Alaska Region, USDA uit Juneau, Alaska, VS – 20171012-FS-Tongass-AD-001, CC BY 2.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=74983297
Het team analyseerde 66 valleisystemen, die meer dan 10.000 individuele valleien bevatten. Van die 66 ontdekten ze dat 22 van hen werden gecreëerd door subglaciale erosie. Negen worden het best verklaard door glaciale erosie, drie worden het best verklaard door erosie door ondermijning en nog eens 18 zijn onduidelijk. In die 18 is het waarschijnlijk dat het detail van hun morfologie gedurende miljarden jaren is gewist, waardoor het moeilijk te begrijpen is hoe ze zijn gemaakt.
In sommige opzichten botsen deze resultaten met ons begrip van het oude Mars als een warmere, nattere plaats. In hun paper schrijven de auteurs dat 'Voor eerdere interpretaties van het geologische record neerslag en oppervlaktewaterafvoer nodig waren om de valleinetwerken te vormen, in tegenstelling tot klimaatsimulaties die een koude, ijzige oude Mars voorspellen.'
Het warme, natte oude Mars-scenario heeft een paar problemen. De belangrijkste betreft de zon. Miljarden jaren geleden, in het begin van de geschiedenis van het zonnestelsel, was de zon koeler dan nu, en is Mars verder weg dan de aarde. Hoe kon het warm en nat zijn geweest?
Volgens hoofdauteur Galofre blijkt uit klimaatmodellering dat het oude Mars koeler moet zijn geweest. Modellen wijzen op een tijdsperiode die de Late Noachian Icy Highlands (LNIH) wordt genoemd. De Noachische periode strekte zich uit van ongeveer 4,1 miljard tot 3,7 miljard jaar geleden. Het viel ongeveer samen met het verschijnen van leven hier op aarde.
Zoals de onderstaande figuur laat zien, bevinden subglaciale rivierdalen zich meestal tussen de LNIH-ijsrand en de LNIH-evenwichtslijn. 'Een dergelijke ruimtelijke verdeling is consistent met theorie en waarnemingen van de oorsprong van subglaciale kanalen: een toename van de smeltwatertoevoer onder de evenwichtslijnhoogte in combinatie met lage glijsnelheden en verbeterde basale drukgradiënten zorgen voor subglaciale kanalisatie', schrijven de auteurs.
Deze figuur uit de studie toont de valleinetwerken die door het team van onderzoekers zijn geanalyseerd. Gele stippen vertegenwoordigen valleien die zijn uitgehouwen door subglaciaal water, en de cirkel rond elk geeft het betrouwbaarheidsniveau van elke bevinding weer. Afbeelding tegoed: Galofre et al, 2020.
Tijdens de LNIH was Mars volgens modellen koud en ijzig. Toch is Mars duidelijk bedekt met wat lijkt op opgedroogde rivierbeddingen uit die tijd. Het feit dat de modellen het niet eens zijn met de waarnemingen is mede de aanleiding voor dit onderzoek.
'Klimaatmodellering voorspelt dat het oude klimaat van Mars veel koeler was tijdens de vorming van valleinetwerken', zegt Grau Galofre, momenteel een SESE Exploration Postdoctoral Fellow aan de Arizona State University. “We hebben geprobeerd om alles samen te voegen en een hypothese naar voren te brengen waar nog niet echt over nagedacht was: dat kanalen en valleien netwerken kunnen vormen onder ijskappen, als onderdeel van het drainagesysteem dat zich op natuurlijke wijze vormt onder een ijskap wanneer er zich water ophoopt aan de baseren.'
Eerdere studies hebben geworsteld met het idee dat Martiaanse rivierdalen werden gevormd toen Mars erg koud was. Een studie suggereerde: dat er in die periode nog steeds wat seizoensgebonden smelt was, waarin enorme hoeveelheden ijs smolten en over het oppervlak stroomden, waardoor rivierdalen ontstonden.
Deze panelen uit de studie tonen enkele van de vergelijkingen die de onderzoekers gebruikten tussen terrestrische en Martiaanse valleien. De onderzoekers keken naar zaken als kronkeligheid, zijrivieren, veranderingen in doorsneden en algemene morfologie. Afbeelding tegoed: Galofre et al, 2020.
De auteurs zeggen dat hun resultaten 'een morfologisch bewijs vormen voor een verglaasde vroege Mars.' Ze schrijven ook dat het 'het huidige begrip verandert dat alle Mars-valleinetwerken zijn ontstaan door oppervlakte-afvoer en geomorfologische ondersteuning biedt voor de aanwezigheid van ijskappen op het vroege Mars, wat klimaatvoorspellingen verzoent met waarnemingen uit het geologische record.'
Er zijn andere implicaties voor een oude Mars met veel voorkomende gletsjers. De ruimte onder al dat ijs zou een stabiele omgeving voor het leven zijn geweest. Er zou niet alleen veel vloeibaar water zijn geweest, er zou ook bescherming zijn geweest tegen de straling van de zon, lang nadat Mars beschermend magnetisch schild was verdwenen.
Nu het team van onderzoekers hun gedetailleerde model van valleimorfologie heeft ontwikkeld, zijn ze van plan het te gebruiken om de geschiedenis van de aarde te bestuderen.
'Momenteel kunnen we de geschiedenis van de wereldwijde ijstijd op aarde rigoureus reconstrueren, die ongeveer een miljoen tot vijf miljoen jaar teruggaat', zegt co-auteur Jellinek. 'Anna's werk stelt ons in staat om de opmars en terugtrekking van ijskappen te onderzoeken tot minstens 35 miljoen jaar geleden - tot het begin van Antarctica, of eerder - terug in de tijd, ruim voor de leeftijd van onze oudste ijskernen. Dit zijn zeer elegante analytische tools.”
Meer:
- Persbericht: Vroege Mars was bedekt met ijskappen, geen stromende rivieren
- Gepubliceerd onderzoek: Valleivorming op het vroege Mars door subglaciale en fluviatiele erosie
- Universum vandaag: Mars had veel meer water op het oppervlak dan we dachten