Geologer och planetforskare har i åratal diskuterat om Mars verkligen hade ett riktigt ocean, eller om planeten bara rymde enstaka sjöar och floder. Nu föreslår ett forskarlag ett helt annat angreppssätt för att analysera planetens topografiska data.
Forskarna är nästan överens om en sak: för miljarder år sedan flödade det flytande vatten på Mars. Det bekräftas av bilder från kretsande sonder, analyser från rovers och klimatmodeller. Man kan se gamla flodbäddar, utlopp som liknar deltan, och avlagringar kopplade till långvarig vattengenomströmning. Det är en helt annan bild än den nuvarande frusna öknen med den tunna atmosfären.
Det som diskussionen handlar om är omfattningen av denna vattenrika episod. Var det bara en period med talrika sjöar och floder, eller existerade det ett enormt ocean på norra halvklotet som täckte upp till en tredjedel av planetens yta? En ny terränganalys indikerar att det mer djärva scenariot blir allt mer sannolikt.
Varför gamla kustlinjer på Mars inte passade in i pusslet
I åratal försökte forskare kartlägga den förmodade kustlinjen hos det uråldriga oceanen baserat på terrängformer som påminde om kustnära strukturer: klippor, terrasser och karaktäristiska kanter. Dessa strukturer bildade faktiskt ett brett bälte runt en betydande del av norra halvklotet.
Problemet uppstod när man började mäta deras höjd. På jorden refererar havsnivån till samma gravitationsyta, så kustlinjer ligger globalt sett ungefär i samma höjd. På Mars borde det vara liknande. Men de förmodade marsianska ”kusterna” varierade i höjd med flera kilometer. Det är en enorm diskrepans, svår att förena med en jämn oceanyta.
För att förklara detta dök det upp två huvudkoncept. Den ena teorin pekade på betydande förskjutning av planetens skorpa i samband med förändringar i rotationsaxeln, den så kallade polar wander. Den andra teorin fokuserade på kraftiga deformationer av skorpan till följd av massiv vulkanism i Tharsis-regionen och bildandet av enorma vulkaner som Olympus Mons.
Båda koncepten förklarar delar av data, men eliminerar inte alla diskrepanser. Därför dök tanken allt oftare upp om att vissa strukturer som tagits för gamla kuster kanske inte alls var det. Därav beslutet att leta efter ett helt annat, mer entydigt spår.
Sökandet efter ett topografiskt fingeravtryck som är svårt att avfärda
Forskargruppen ställde frågan: vilken geologisk struktur skulle vara det bästa ”avtrycket” av ett tidigare ocean, om man såg på jorden från Mars perspektiv och tog bort alla nutidens hav? Svaret söktes i numeriska simuleringar. Forskare torkade virtuellt ut jordens oceaner och analyserade vad som skulle förbli mest tydligt för en hypotetisk extern observatör efter hundratals miljoner eller miljarder års erosion.
Den mest karaktäristiska signalen visade sig inte vara själva kusten, utan den breda, relativt platta hyllan runt kontinenterna – kontinentalsockeln. På jorden är kontinentalsockeln den del av havsbotten som omger kontinenterna, med ringa djup jämfört med det öppna oceanen. Den uppstår genom långsam avlagring av material från floder och kuster och bildar över tid ett tjockt paket av sediment.
En sådan struktur har flera viktiga egenskaper:
- Den är vidsträckt och ganska platt
- Den håller sig intakt trots förändringar i havsnivå
- Den kräver lång tid med existens av ett stort vattenområde
- Den uppstår inte runt vanliga sjöar
- Den bevarar geologiska avlagringar genom miljoner år
- Den fungerar som arkiv för sediment från land och hav
- Den är mer stabil än kustlinjer över geologiska tidsskalor
Om något liknande kan hittas på Mars kommer det att vara ett starkt argument för ett stort, långvarigt ocean och inte bara periodiska hav eller översvämningar.
Mars kontinentalsockel och hur den identifierades
Efter att ha identifierat ”mönstret” från jorden gick forskarna över till att analysera Mars topografiska data. De använde detaljerade höjdkartor, skapade på basis av mätningar från sonder som kretsar runt planeten. De letade efter breda, relativt platta zoner runt de lägre liggande områdena på norra halvklotet – platser där enligt tidigare hypoteser oceanen kunde ha sträckt sig.
Analysen avslöjade en struktur som passar mycket väl till den förväntade formen av en kontinentalsockel. Den bildar ett vidsträckt bälte med små höjdskillnader, fördelat på ett sätt som antyder en naturlig gräns mellan det hypotetiska oceanen och det högre belägna landet. Baserat på förloppet av denna struktur rekonstruerade forskarna området av det uråldriga vattenområdet som fyllde ungefär en tredjedel av Mars yta, huvudsakligen på norra halvklotet.
Denna fördelning stämmer mycket väl överens med den tidigare observerade ”tvånivåkaraktären” hos Mars – lägre områden mot norr och högre belägna områden mot söder, som lite påminner om jordens kontinenter. Det är viktigt att notera att en struktur liknande en kontinentalsockel inte uppstår vid ett kortvarigt vattenområde. Den kräver miljontals års ackumulering av sediment och relativt stabila förhållanden.
Detta utesluter scenariot med ett grunt, instabilt hav med fluktuerande vattennivå och pekar på ett verkligt långvarigt ocean som fungerade genom en betydande del av planetens tidiga historia. Om Mars verkligen hade ett enormt, stabilt vattenområde förändrar det helt bilden av planetens klimat förr i tiden.
Vad betyder ett sådant ocean för Mars tidigare klimat
Det uppstår en vision av en planet med en hydrologisk cykel som påminner mycket mer om jordens: avdunstning, moln, nederbörd och floder som transporterar sediment till oceanen. Det innebär också att atmosfären då måste ha varit betydligt tätare och rikare på växthusgaser, annars skulle vattnet snabbt frysa eller avdunsta ut i rymden.
En sådan period med ”ung, våt Mars” kunde ha varat hundratals miljoner år och skapat gynnsamma betingelser för organisk kemi och eventuella enkla livsformer. På jorden är kontinentalsockelzoner några av de biologiskt rikaste regionerna. Grunt vatten, tillförsel av näringsämnen från land och god belysning – det är en blandning som främjar rikligt liv, från bakterier till komplexa ekosystem.
Inte konstigt att forskare nu med stor uppmärksamhet ser på den marsianska ekvivalenten av en sådan zon. Om det en gång uppstod mikroorganismer på Mars skulle kontinentalsockeln vara en av de mest lovande platserna där produkter av deras aktivitet kunde bevaras i sedimenten. Nyckeln kommer att vara framtida expeditioner som kan ta prover från detta område och undersöka dem i laboratorium med avseende på sedimentstrukturen och eventuella biologiska spår.
Var på Mars är det bäst att leta efter spår av tidigare liv
Direkta bevis kan bara komma från analys av sedimentlagren: texturer, kemisk sammansättning och eventuella strukturer som är svåra att förklara med icke-biologiska processer. Nuvarande rovers, inklusive Perseverance som arbetar i Jezero-kratern, undersöker redan sedimentära klippor bildade i uråldriga sjöar och deltan. Data från sådana platser kan jämföras med framtida mätningar från området runt den förmodade marsianska kontinentalsockeln.
Om vi ser en liknande typ av långvariga, skiktade sediment får tesen om oceanen nytt stöd. Nästa steg kommer att vara att föra prover till jorden som en del av planerade Mars Sample Return-uppdrag. Endast i välutrustade laboratorier kan man fånga mycket subtila spår av tidigare mikroorganismer, till exempel specifika isotopförhållanden eller mikrostrukturer som påminner om bakteriella mattor.
Kontinentalsockeln spelar rollen som en slags ”svart låda” för det tidigare oceanen. I miljontals år samlar den register över sediment som faller från vattensuspension, strömmar från land och ibland uppstår från aktivitet av levande organismer. Även när havsnivån senare ändras förblir många av dessa lager på plats, endast delvis omvandlade.
På Mars kan en sådan plats bevara register från en hel epok då planeten var betydligt mer aktiv hydrologiskt. Om det under den perioden uppstod enkla livsformer är det just i sockelns sediment som det finns de bästa förutsättningarna för att något från denna period har överlevt till idag. Naturligtvis talar vi om indirekta spår – mineraliska strukturer eller kemiska signaler, inte om ”fossiler” i jordisk mening.
Vad betyder denna upptäckt för framtida Mars-forskning
Det är värt att komma ihåg att själva förekomsten av ett tidigare ocean inte garanterar liv. Det behövs också passande grundämnen, stabila temperaturförhållanden och energikällor. Mars uppfyllde med intensiv vulkanism och en mineralrik skorpa några av dessa krav. Frågan kvarstår om varaktigheten av de gynnsamma förhållandena var tillräckligt lång för att kemiska processer gick tillräckligt långt.
För planetforskare har en sådan rekonstruktion av Mars förflutna ännu en dimension: den hjälper till att bättre förstå andra klippplaneter utanför solsystemet. Om en grannplanet har genomgått resan från en vattenrik, relativt vänlig miljö till en torr öken utgör det en viktig referenspunkt vid analys av avlägsna klot där vi också letar efter spår av vatten och potentiella zoner som är vänliga mot liv. Upptäckten av en struktur som påminner om kontinentalsockeln ger forskarna ett konkret mål att sikta mot i framtida expeditioner till den röda planeten.
