En gammal debatt om vatten på Mars tar ny vändning
Geologer och planetforskare har i åratal bråkat om huruvida Mars verkligen hade ett riktigt hav, eller om det bara rörde sig om enskilda sjöar och floder. Ett forskarlag föreslår nu ett helt nytt sätt att tolka planetens topografiska data.
På en punkt är forskarna nästan helt eniga: för miljarder år sedan rann flytande vatten på Mars. Det bekräftas av bilder från omloppssonder, analyser från rovers och klimatmodeller. Vi ser gamla flodfåror, deltaformade mynningar och sediment kopplade till långvarigt vattenflöde. Det är en radikalt annorlunda bild än dagens isande öken med dess tunna atmosfär.
Det debatten kretsar kring är hur stor denna vattenepisod egentligen var. Handlade det bara om en period med talrika sjöar och floder, eller existerade det ett gigantiskt hav på norra halvklotet som täckte upp till en tredjedel av planetens yta? En ny terränganalys tyder på att det djärvare scenariot blir allt mer troligt.
Varför Mars forntida kustlinjer inte passade ihop
Under lång tid försökte forskare kartlägga de förmodade stränderna från ett urfornstida hav baserat på terrängformationer som liknade kustlinjer: stup, 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 referensnivån. På jorden förhåller sig havsnivån till samma gravitationsyta, vilket innebär att kustlinjer globalt sett ligger ungefär på samma höjd. På Mars borde det vara liknande. De förmodade marsstränderna skilde sig ändå i höjd med flera kilometer. Det är en enorm diskrepans som är svår att förena med en jämn havsnivå.
För att förklara detta uppstod två huvudsakliga teorier. Den första föreslog en markant förskjutning av planetens skorpa kopplad till en förändring av rotationsaxelns läge, så kallad polmigration. Den andra räknade med kraftiga deformationer av skorpan till följd av intensiv vulkanism i Tharsis-regionen och bildandet av massiva vulkaner som Olympus Mons.
Båda teorierna förklarar en del av datan men eliminerar inte alla motsägelser. Tanken att vissa strukturer som tolkats som tidigare stränder kanske inte är det alls dök därför upp alltmer. Det ledde till beslutet att söka 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 bästa avtrycket av ett forntida hav, om vi betraktade jorden från Mars perspektiv och avlägsnade alla nuvarande hav? Svaret sökte de i numeriska simuleringar. Forskarna torkade virtuellt ut jordens oceaner och analyserade vad som skulle förbli mest läsbart för en hypotetisk extern observatör efter hundratals miljoner eller miljarder år av erosion.
Det mest karaktäristiska signalet visade sig inte vara själva strandlinjen, utan den breda och relativt flacka hylla som omger kontinenterna – den kontinentala sockeln. På jorden är den kontinentala sockeln ett bälte av havsbotten som omger kontinenterna med liten djup jämfört med det öppna havet. Den bildas av långsamt avlagrade material från floder och stränder och skapar med tiden ett tjockt paket av sediment.
En sådan struktur har avgörande egenskaper:
- den är vidsträckt och relativt plan
- den består trots förändringar i havsnivån
- den kräver lång tid för att ett stort vattenområde ska existera
- den uppstår inte runt vanliga sjöar
- den lagrar sediment under miljoner år
- den bevarar ett register över klimatförhållanden
- den fungerar som en naturlig gräns mellan hav och land
Om något liknande kan hittas på Mars blir det ett starkt argument för ett stort, långvarigt hav – inte bara periodiska hav eller tillfälliga översvämningar.
Den martiska kontinentalsockeln: så identifierades den
Efter att ha identifierat mönstret från jorden gick forskarna vidare till att analysera Mars topografiska data. De använde detaljerade höjdkartor skapade utifrån mätningar från sonder i omloppsbana runt planeten. De sökte efter breda, relativt plana zoner som omger de lägre belägna områdena på norra halvklotet – platser där ett hav enligt tidigare hypoteser kan ha breder ut sig.
Analysen avslöjade en struktur som stämmer mycket väl överens med den förväntade formen hos en kontinentalsockel. Den bildar ett vidsträckt bälte med obetydliga höjdskillnader, fördelat på ett sätt som antyder en naturlig gräns mellan ett hypotetiskt hav och det högre belägna fastlandet. Utifrån denna strukturs förlopp rekonstruerade forskarna ett forntida vattenområde som fyllde ungefär en tredjedel av Mars yta, främst på norra halvklotet.
Denna fördelning korresponderar mycket väl med den tidigare observerade tvånivåstrukturen på Mars – lägre terräng i norr och högre liggande sydliga områden som något påminner om jordens kontinenter. Forskare från olika institutioner jämför nu dessa fynd med data från radarundersökningar utförda av sonderna Mars Reconnaissance Orbiter och Mars Express.
Skillnaden mellan ett hav och en stor sjö
Det avgörande är att en struktur liknande en kontinentalsockel inte uppstår vid ett kortvarigt vattenområde. Den kräver miljoner år av sedimentuppbyggnad och relativt stabila förhållanden. Det utesluter scenariot med ett grunt, instabilt hav med varierande vattennivå och pekar mot ett verkligt långvarigt hav som fungerade under en betydande del av planetens tidiga historia.
Om Mars verkligen hade ett enormt, stabilt vattenområde förändrar det helt bilden av dess forntida klimat. Visionen uppstår om en planet med en hydrologisk cykel mycket mer lik jordens: avdunstning, moln, nederbörd och floder som transporterar sediment till havet. Det innebär också att atmosfären måste ha varit avsevärt tätare och rikare på växthusgaser – annars hade vattnet snabbt frusit eller avdunstat ut i rymden.
Den unga, fuktiga Mars-eran kan också ha varat i hundratals miljoner år, vilket skapade gynnsamma förhållanden för organisk kemi och eventuellt enkla livsformer. Forskare planerar nu ytterligare uppdrag inriktade just mot de områden där den potentiella kontinentalsockeln befinner sig.
Var på Mars ska man bäst leta efter spår av forntida liv
På jorden är zonerna med kontinentalsocklar några av de biologiskt rikaste regionerna. Grunt vatten, tillförsel av näringsämnen från fastlandet och gott ljusinsläpp – det är en kombination som gynnar rikt liv, från bakterier till komplexa ekosystem. Det är föga förvånande att forskare nu riktar stor uppmärksamhet mot den martiska motsvarigheten till en sådan zon.
Om mikroorganismer en gång uppträdde på Mars skulle kontinentalsockeln vara ett av de mest lovande ställena där produkterna av deras aktivitet kan ha bevarats i sediment. Avgörande blir därför framtida uppdrag som kan ta prover från denna region och undersöka dem i laboratorium med avseende på sedimentstruktur och eventuella biologiska spår.
Direkta bevis kan bara komma från analys av sedimentlager: texturer, kemisk sammansättning och eventuella strukturer som är svåra att förklara med icke-biologiska processer. Nuvarande rovers, inklusive Perseverance som arbetar i kratern Jezero, undersöker redan sedimentära bergarter bildade i forntida sjöar och deltan.
Rovers och framtida uppdrag för att verifiera det nya scenariot
Data från sådana platser kan jämföras med framtida mätningar från det förmodade martiska kontinentalsockelområdet. Om vi ser liknande typer av långvariga, skiktade sediment får teorin om ett hav nytt stöd. Nästa steg blir att föra prover till jorden inom ramen för planerade uppdrag av typen Mars Sample Return.
Bara i välutrustade laboratorier kan man fånga upp mycket fina spår av forntida mikroorganismer – till exempel specifika isotopförhållanden eller mikrostrukturer som påminner om bakteriella mattor. Forskare från universiteten i Cambridge och Arizona förbereder redan protokoll för analys av sådana prover. Kontinentalsockeln fungerar som en sorts svart låda från det forntida havet.
Plattformen lagrar under miljoner år ett register över sediment som sjunker ner från vattensuspensioner, strömmar ner från fastlandet och ibland bildas av levande organismers aktivitet. Även om havsnivån senare förändras finns många av dessa lager kvar på plats, endast delvis omvandlade. På Mars kan en sådan plats bevara ett register över en hel era då planeten var avsevärt mer aktiv ur hydrologisk synvinkel.
Vad ett martiskt hav berättar om möjligheten till liv på andra ställen
Förekomsten av ett forntida hav garanterar naturligtvis inte att liv uppstod. Det krävs också lämpliga grundämnen, stabila temperaturförhållanden och energikällor. Mars med sin intensiva vulkanism och mineralrika skorpa uppfyllde en del av dessa krav. Frågan kvarstår om de gynnsamma förhållandenas varaktighet var tillräckligt lång för att kemiska processer skulle hinna utvecklas tillräckligt långt.
För planetforskare har en sådan rekonstruktion av Mars historia ytterligare en dimension: den hjälper till att bättre förstå andra steniga planeter utanför solsystemet. Om en grannplanet gick från en vattenrik, relativt välkomnande miljö till en torr öken utgör det en viktig referenspunkt vid analys av avlägsna himlakroppar där vi också letar efter spår av vatten och potentiella livszoner. Forskare är överens om att kontinentalsockelplattformen är ett nyckelavtryck av ett stabilt havs existens – ett hav som kan ha funnits på Mars under en tid jämförbar med uppkomsten av det första livet på jorden.
