En ny bild av det forntida Mars växer fram
Geologer och planetforskare har i åratal bråkat om huruvida Mars verkligen hade ett riktigt hav, eller om det bara handlade om enskilda sjöar och floder. Nu har ett forskarlag kommit fram till ett helt annorlunda sätt att tolka planetens topografiska data.
Det råder nästan fullständig enighet om en sak: för miljarder år sedan flödade flytande vatten på Mars. Det bekräftas av bilder från omloppsbanefartyg, analyser från rovers och klimatmodeller. Vi kan se uråldriga flodfåror, mynningar som liknar deltas och sediment kopplade till långvarigt vattenflöde. Det är en fullständigt annan bild än den iskalla öken med tunn atmosfär som vi ser idag.
Det som fortfarande debatteras är hur omfattande detta vattenepisod egentligen var. Handlade det bara om en period med många sjöar och floder, eller existerade det ett enormt hav på norra halvklotet som täckte upp till en tredjedel av planetens yta? En ny terränganalys tyder på att det mer djärva scenariot blir allt mer sannolikt.
Varför de gamla kustlinjerna på Mars inte passar ihop
Under många år försökte forskare kartlägga det förmodade urhavet utifrån terrängformationer som påminner om kustlinjer: klippor, terrasser och karaktäristiska kanter. Dessa strukturer bildade faktiskt ett brett bälte runt stora delar av norra halvklotet.
Problemet uppstod när man började mäta deras höjd över havet. På jorden relaterar havsnivån till samma gravitationsnivå, vilket innebär att kustlinjer globalt sett ligger ungefär på samma höjd. På Mars borde det vara liknande. Men de förmodade marsiska kustlinjerna skilde sig i höjd med upp till flera kilometer. Det är en enorm skillnad som är svår att förena med en plan havsyta.
Två huvudsakliga förklaringar har lagts fram för detta missförhållande. Den första byggde på en markant förskjutning av planetens jordskorpa till följd av en förändrad rotationsaxel, så kallad polmigration. Den andra tillskrev deformationerna den intensiva vulkanismen i Tharsisregionen och bildandet av massiva vulkaner som Olympus Mons.
Båda förklaringarna redogör för en del av data men löser inte alla motsägelser. Allt oftare dök därför tanken upp att en del av de strukturer som ansetts vara uråldriga kustlinjer kanske inte alls är det. Det ledde till beslutet att leta efter ett helt annat, mer entydigt spår.
Jakten på ett topografiskt avtryck som är svårt att ifrågasätta
Forskarteamet ställde sig frågan: vilken geologisk struktur skulle vara det tydligaste tecknet på ett forntida hav, om vi betraktade jorden ur Mars perspektiv och tömde alla nuvarande oceaner? Svaret sökte de i numeriska simuleringar. Forskarna torkade virtuellt ut jordens oceaner och analyserade vad som skulle förbli mest läsbart för en hypotetisk utomstående observatör efter hundratals miljoner eller miljarder år av erosion.
Det mest karakteristiska signalet visade sig inte vara själva stranden, utan en bred och relativt plan sockel som omger kontinenterna – den kontinentala shelfen. På jorden utgörs den kontinentala shelfen av ett bälte av havsbotten runt kontinenterna med litet djup jämfört med det öppna havet. Den byggs upp genom långsam avsättning av material från floder och stränder och bildar successivt ett tjockt paket sediment.
En sådan struktur har flera viktiga egenskaper. Den är vidsträckt och relativt plan. Den håller sig stabil även vid förändringar i havsnivån. Den kräver lång tid för att ett stort vattenområde ska existera. Den uppstår inte runt vanliga sjöar. Om något liknande går att hitta på Mars vore det ett starkt argument för ett stort, långlivat hav och inte bara periodiska hav eller översvämmade ytor.
Hur den marsiska kontinentalshelfen identifierades
När mönstret väl hade identifierats på jorden gick forskarna vidare till att analysera topografiska data från Mars. De använde detaljerade höjdkartor skapade utifrån mätningar från sonder i omloppsbana runt planeten. De letade efter breda, relativt plana zoner som omger de lägre belägna områdena på norra halvklotet – platser där ett hav enligt tidigare hypoteser kunde ha legat.
Analysen avslöjade en struktur som stämmer mycket väl överens med det förväntade utseendet hos en kontinentalshelf. Den bildar ett vidsträckt bälte med små höjdskillnader, fördelat på ett sätt som antyder en naturlig gräns mellan det hypotetiska havet och de högre belägna landmassorna.
Utifrån hur denna struktur löper rekonstruerade forskarna ett forntida vattenområde som täckte ungefär en tredjedel av Mars yta, främst på norra halvklotet. Denna fördelning stämmer väl överens med den sedan tidigare kända tvånivåstrukturen på Mars – lägre terräng i norr och högre sydliga områden som i viss mån påminner om jordens kontinenter.
Det avgörande är att en struktur liknande en kontinentalshelf inte kan bildas vid ett kortvarigt vattenområde. Det krävs miljoner år av sedimentackumulation och relativt stabila förhållanden. Det utesluter scenariot med ett grunt, instabilt hav med varierande nivå och pekar mot ett verkligt långvarigt hav som fungerade under en betydande del av planetens tidiga historia.
Vad ett sådant hav innebär för det forntida klimatet på Mars
Om Mars verkligen hade ett enormt, stabilt vattenområde förändrar det i grunden bilden av dess forntida klimat. Det frammanar en vision av en planet med en hydrologisk cykel som liknade jordens mycket mer: avdunstning, moln, nederbörd och floder som transporterade sediment till havet.
Det innebär också att atmosfären då måste ha varit betydligt tätare och rikare på växthusgaser, annars hade vattnet snabbt frusit eller avdunstat ut i rymden. En sådan period av ett ungt och fuktigt Mars kan ha varat hundratals miljoner år och skapat gynnsamma förhållanden för organisk kemi och möjligen enkla livsformer.
På jorden hör de kontinentala shelfzonerna till de biologiskt rikaste regionerna. Grunt vatten, tillförsel av näringsämnen från land och gott om ljus – det är en kombination som stödjer ett rikt liv, från bakterier till komplexa ekosystem. Det är inte förvånande att forskarna nu riktar stor uppmärksamhet mot den marsiska motsvarigheten till en sådan zon.
Om mikroorganismer någon gång uppstod på Mars skulle kontinentalshelfen vara en av de mest lovande platserna där spår av deras aktivitet kan ha bevarats i sedimenten. Framtida uppdrag som kan ta prover från denna region och undersöka dem i laboratorium med avseende på sedimentstruktur och eventuella biologiska spår kommer därför att vara avgörande.
Rovers och framtida uppdrag som ska pröva det nya scenariot
Nuvarande rovers, inklusive Perseverance som arbetar i Jezero-kratern, undersöker redan sedimentära bergarter som bildades i forntida sjöar och deltas. Data från sådana platser kan jämföras med framtida mätningar från det förmodade marsiska shelfområdet. Om vi ser liknande typer av långvariga, skiktade sediment får teorin om ett hav ytterligare stöd.
Nästa steg blir att föra prover till jorden inom ramen för planerade uppdrag av typen Mars Sample Return. Det är bara i välutrustad laboratoriemiljö som mycket fina spår av forntida mikroorganismer kan identifieras, till exempel specifika isotopförhållanden eller mikrostrukturer som liknar bakteriella mattor.
Direkta bevis kan bara komma från analys av sedimentlager: texturer, kemisk sammansättning och eventuella strukturer som är svåra att förklara med icke-biologiska processer. Forskarna kommer att leta efter mineral som magnetit, hematit och lermineral, vilka bildas i närvaro av vatten och kan bära kemiska signaturer av biologisk aktivitet.
Kontinentalshelfen som ett arkiv över en hel epok av vattnet Mars
Kontinentalshelfen fungerar som en slags svart låda från det forntida havet. Under miljoner år samlar den in ett register av sediment som sjunker från vattenuppslamning, rinner ned från land och ibland bildas genom levande organismers aktivitet. Även om havsnivån senare förändras förblir många av dessa lager på plats, bara delvis omvandlade.
På Mars kan en sådan plats bevara ett register över en hel epok då planeten var mycket mer aktiv hydrologiskt sett. Om enkla livsformer uppstod under den tiden är det just i shelfens sediment som de bästa förutsättningarna finns för att något från denna period ska ha överlevt till idag. Vi talar naturligtvis om indirekta spår – mineralstrukturer och kemiska signaler, inte fossil i jordisk bemärkelse.
Det är värt att påminna om att själva förekomsten av ett forntida hav inte garanterar att liv uppstod. Det krävs också lämpliga grundämnen, stabila temperaturförhållanden och energikällor. Mars med sin intensiva vulkanism och mineralrika jordskorpa uppfyllde en del av dessa krav. Frågan som återstår är om de gynnsamma förhållandena varade länge nog för att de kemiska processerna skulle hinna tillräckligt långt.
