En gammel debat om Mars og flydende vand
Geologer og planetforskere har i årevis skændtes om, hvorvidt Mars nogensinde havde et rigtigt ocean – eller om der blot fandtes enkelte søer og floder. Nu har et forskerhold præsenteret en helt ny vinkel på planetens topografiske data.
Der er nærmest videnskabelig konsensus om én ting: for milliarder af år siden løb der flydende vand på Mars. Det bekræftes af billeder fra orbitere, analyser fra rovere og klimamodeller. Vi kan se gamle flodsenge, deltaagtige mundinger og aflejringer forbundet med langvarigt vandflow. Det er et radikalt anderledes billede end den nuværende iskolde ørken med en tynd atmosfære.
Det, der stadig diskuteres, er omfanget af denne vandperiode. Var det blot en epoke med talrige søer og floder, eller fandtes der et enormt ocean på den nordlige halvkugle, der dækkede op mod en tredjedel af planetens overflade? En ny terrænanalyse antyder, at dette mere dristige scenarie bliver stadig mere sandsynligt.
Hvorfor gamle kystlinjer på Mars ikke passer ind i billedet
I årevis forsøgte forskere at kortlægge det formodede kystforløb for et uropav på Mars ud fra terrænformer, der minder om kystlinjer: klipper, terrasser og karakteristiske kanter. Disse strukturer dannede faktisk et bredt bælte rundt om store dele af den nordlige halvkugle.
Problemet opstod, da man begyndte at måle deres højde over havet. På Jorden er havniveauet knyttet til den samme tyngdekraftsmæssige flade, så kystlinjer ligger globalt set omtrent i samme højde. På Mars burde det fungere tilsvarende. Men de formodede marsiske kystlinjer varierede i højde med op til flere kilometer. Det er en enorm forskel, der er svær at forene med en plan havoverflade.
To hovedforklaringer er blevet fremsat. Den første peger på en markant forskydning af planetens skorpe som følge af en ændret rotationsakse – det såkaldte polarvandring. Den anden tilskriver deformationerne den voldsomme vulkanske aktivitet i Tharsis-regionen og dannelsen af massive vulkaner som Olympus Mons.
Begge forklaringer redegør for en del af dataene, men eliminerer ikke alle uoverensstemmelser. Tanken dukkede derfor op om, at nogle af de strukturer, der blev antaget for at være gamle kystlinjer, slet ikke er det. Det ledte til beslutningen om at lede efter et helt andet og mere utvetydigt spor.
På jagt efter et topografisk fingeraftryk, der er svært at anfægte
Forskerholdet stillede sig spørgsmålet: hvilken geologisk struktur ville udgøre det bedste aftryk af et uroceav, hvis vi betragtede Jorden fra Mars’ perspektiv og fjernede alle nuværende have? Svaret søgte de i numeriske simuleringer. Forskerne udtørrede virtuelt Jordens oceaner og analyserede, hvad der ville fremstå tydeligst for en hypotetisk udefrakommende observatør efter hundredvis af millioner eller milliarder af år med erosion.
Det mest karakteristiske signal viste sig ikke at være selve kystlinjen, men derimod en bred, relativt flad hylde, der omgiver kontinenterne – det kontinentale shelf. På Jorden udgør det kontinentale shelf et bælte af havbund rundt om kontinenterne med ringe dybde sammenlignet med det åbne hav. Det opstår ved langsom aflejring af materiale fra floder og kyster og opbygger gradvist et tykt lag af sedimenter.
En sådan struktur har flere vigtige egenskaber. Den er udstrakt og forholdsvis flad. Den bevares selv ved ændringer i havniveauet. Den kræver, at en stor vandmasse har eksisteret i lang tid. Den opstår ikke omkring almindelige søer. Hvis noget lignende kan påvises på Mars, vil det være et stærkt argument for et stort, langvarigt ocean – og ikke blot periodiske hav eller oversvømmelsesflader.
Det marsiske kontinentale shelf: sådan blev det identificeret
Efter at have identificeret mønsteret fra Jorden gik forskerne over til at analysere topografiske data fra Mars. De anvendte detaljerede højdekort baseret på målinger fra sonder i kredsløb om planeten. De ledte efter brede, relativt flade zoner, der omgiver de lavtliggende områder på den nordlige halvkugle – de steder, hvor et ocean ifølge tidligere hypoteser kunne have ligget.
Analysen afslørede en struktur, der passer meget godt til den forventede form for et kontinentalt shelf. Den udgør et udstrakt bælte med små højdeforskelle, fordelt på en måde, der antyder en naturlig grænse mellem et hypotetisk ocean og det højere beliggende fastland.
Baseret på denne strukturs forløb rekonstruerede forskerne omridset af en oldgammel vandmasse, der fyldte omtrent en tredjedel af Mars’ overflade, primært på den nordlige halvkugle. Denne fordeling stemmer meget godt overens med den tidligere observerede todeling af Mars – lavere terræn mod nord og højere beliggende sydlige områder, der minder lidt om Jordens kontinenter.
Det afgørende er, at en struktur svarende til et kontinentalt shelf ikke opstår ved en kortvarig vandmasse. Den kræver millioner af år med sedimentakkumulering og relativt stabile forhold. Det udelukker scenariet med et lavvandet, ustabilt hav med svingende vandstand og peger mod et virkeligt langvarigt ocean, der fungerede i en betydelig del af planetens tidlige historie.
Hvad et sådant ocean fortæller os om Mars’ fortidige klima
Hvis Mars virkelig havde en enorm, stabil vandmasse, ændrer det fuldstændig billedet af planetens fortidige klima. Det tegner et billede af en planet med en hydrologisk cyklus, der i langt højere grad mindede om Jordens: fordampning, skyer, nedbør og floder, der transporterede sedimenter til oceanet.
Det betyder også, at atmosfæren på det tidspunkt må have været betydeligt tættere og rigere på drivhusgasser – ellers ville vandet hurtigt være frosset til eller fordampet ud i rummet. En sådan periode med en ung, fugtig Mars kan have varet i hundredvis af millioner af år og skabt gunstige betingelser for organisk kemi og muligvis enkle livsformer.
På Jorden hører de kontinentale shelfzoner til de biologisk rigeste regioner. Lavvandet, tilstrømning af næringsstoffer fra land og godt lysforhold er en kombination, der understøtter rigt liv – fra bakterier til komplekse økosystemer. Det er ikke overraskende, at forskere nu retter stor opmærksomhed mod Mars’ tilsvarende zone.
Hvis mikroorganismer engang opstod på Mars, ville det kontinentale shelf være et af de mest lovende steder, hvor spor af deres aktivitet kan være bevaret i sedimenterne. Fremtidige missioner, der er i stand til at indsamle prøver fra dette område og undersøge dem i laboratoriet med henblik på sedimentstruktur og eventuelle biologiske spor, vil derfor være afgørende.
Roveres rolle og fremtidige missioner, der skal efterprøve det nye scenarie
Nuværende rovere – herunder Perseverance, der arbejder i Jezero-krateret – undersøger allerede sedimentære bjergarter dannet i gamle søer og deltaer. Data fra sådanne steder kan sammenlignes med fremtidige målinger fra det formodede marsiske kontinentale shelf. Hvis vi ser den samme type langvarige, lagdelte sedimenter, vil oceantesen få ny opbakning.
Næste skridt vil være at bringe prøver til Jorden som led i planlagte missioner af typen Mars Sample Return. Kun i veludstyrede laboratorier er det muligt at spore meget fine aftryk af urgamle mikroorganismer – eksempelvis specifikke isotopforhold eller mikrostrukturer, der minder om bakterielle måtter.
Direkte beviser kan komme fra analyser af sedimentære lag: teksturer, kemisk sammensætning og eventuelle strukturer, der er svære at forklare med ikke-biologiske processer. Forskere vil lede efter mineraler som magnetit, hæmatit og lermineral, der dannes i nærvær af vand og kan bære kemiske signaturer for biologisk aktivitet.
Det kontinentale shelf som et arkiv over Mars’ vandfyldte epoke
Det kontinentale shelf fungerer som en slags sort boks for det urgamle ocean. I millioner af år har det opsamlet et register af sedimenter, der synker fra vandsuspension, strømmer ned fra land og lejlighedsvis opstår fra levende organismers aktivitet. Selv når havniveauet ændrer sig, forbliver mange af disse lag på plads, kun delvist omdannede.
På Mars kan et sådant sted bevare et arkiv over hele den epoke, hvor planeten var langt mere hydrologisk aktiv. Hvis enkle livsformer opstod på det tidspunkt, er det netop i shelfets sedimenter, at de bedste betingelser eksisterer for, at noget af dette kan have overlevet til i dag. Vi taler naturligvis om indirekte spor – mineralstrukturer og kemiske signaler – og ikke om forsteninger i jordisk forstand.
Det er værd at påpege, at selve tilstedeværelsen af et uropav ikke garanterer livets opståen. Det kræver også de rette grundstoffer, stabile temperaturforhold og energikilder. Mars med sin intense vulkanske aktivitet og mineralrige skorpe opfyldte en del af disse krav. Spørgsmålet er, om de gunstige forholds varighed var tilstrækkelig lang til, at kemiske processer nåede langt nok.
