En urgammal debatt om vatten på Mars får nytt liv
Geologer och planetforskare har i åratal diskuterat huruvida Mars någonsin haft ett riktigt ocean, eller om det bara funnits isolerade sjöar och floder. Ett forskarlag presenterar nu ett helt nytt perspektiv på planetens topografiska data.
Det finns nästan bred enighet om ett grundläggande faktum: för miljarder år sedan rann flytande vatten på Mars. Detta bekräftas av bilder från orbiters, analyser från rovers och klimatmodeller. Vi ser gamla flodbäddar, deltaformade mynningar och sediment kopplade till långvarig vattenströmning. Det tecknar en radikalt annorlunda bild än den nuvarande iskalla öknen med sin tunna atmosfär.
Det diskussionen handlar om är omfattningen av denna vattenperiod. Var det bara en epok med många sjöar och floder, eller fanns det ett enormt ocean på norra halvklotet som täckte upp till en tredjedel av planetens yta? En ny terränganalys antyder att det djärvare scenariot blir allt mer troligt.
Varför Mars gamla kustlinjer inte passade in i pusslet
I åratal försökte forskare kartlägga den förmodade kustlinjen från ett förhistoriskt ocean baserat på terrängformationer som liknade kuststräckor: klippor, terrasser och karakteristiska 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 refererar havsnivån till samma gravitationsyta, så kustlinjer ligger globalt sett ungefär på samma höjd. På Mars borde det vara motsvarande. De förmodade marsianska kustlinjerna avvek emellertid från varandra med flera kilometer i höjd — en enorm diskrepans som är svår att förena med en jämn oceansyta.
För att förklara detta uppstod två huvudteorier. Den första pekade på en markant förskjutning av planetens skorpa kopplad till en förändring i rotationsaxelns position, den så kallade polmigrationen. Den andra räknade med kraftiga deformationer av skorpan till följd av massiv vulkanism i Tharsis-området och bildandet av enorma vulkaner som Olympus Mons.
Båda teorierna förklarar delar av data, men eliminerar inte alla avvikelser. Tanken att några av de strukturer man ansåg vara tidigare kustlinjer kanske inte alls är det dök därför upp med stigande frekvens. Det ledde till beslutet att söka efter ett helt annat och mer entydigt spår.
Sökandet efter ett topografiskt fingeravtryck som är svårt att ifrågasätta
Forskargruppen ställde sig frågan: vilken geologisk struktur skulle utgöra det bästa avtrycket av ett gammalt ocean, om man betraktade jorden från Mars perspektiv och avlägsnade alla nuvarande hav? Svaret sökte de i numeriska simuleringar. Forskarna torrlade virtuellt jordens oceaner och analyserade vad som skulle förbli mest avläsbart för en hypotetisk extern observatör efter hundratals miljoner eller miljarder år med erosion.
Den mest karakteristiska signalen visade sig inte vara själva kusten, utan i stället den breda, relativt platta hyllan som omger kontinenterna — kontinentalsockeln. På jorden är kontinentalsockeln ett bälte av havsbotten som omger kontinenterna med ringa djup jämfört med det öppna havet. Den bildas genom långsam avlagring av material från floder och kuster och bygger över tid upp ett tjockt paket av sediment.
En sådan struktur har avgörande egenskaper:
- den är vidsträckt och relativt platt
- den upprätthålls även vid förändringar i havsnivån
- den kräver lång tids existens av en stor vattenmassa
- den uppstår inte runt vanliga sjöar
- den lagrar sediment i miljontals år
- den bevarar ett register över klimatförhållanden
- den fungerar som en naturlig gräns mellan ocean och fastland
Om något motsvarande kan påvisas på Mars utgör det ett starkt argument för ett stort, långvarigt ocean — och inte bara periodiska hav eller översvämningar.
Mars kontinentalsockel: så här känner man igen den
Efter att ha identifierat mönstret från jorden gick forskarna över till att analysera Mars topografiska data. De använde detaljerade höjdkartor skapade på grundval av mätningar från sonder i omloppsbana runt planeten. De letade efter breda, relativt platta zoner som omger de låglänta områdena på norra halvklotet — platser där ett utbrett ocean enligt tidigare hypoteser kunde ha legat.
Analysen avslöjade en struktur som mycket precist motsvarar den förväntade formen av en kontinentalsockel. Den utgör ett vidsträckt bälte med minimala höjdskillnader, fördelat på ett sätt som antyder en naturlig gräns mellan ett hypotetiskt ocean och det högre belägna fastlandet. Utifrån denna strukturs förlopp rekonstruerade forskarna området för en gammal vattenmassa som fyllde cirka en tredjedel av Mars yta, främst på norra halvklotet.
Denna fördelning stämmer mycket väl överens med den tidigare observerade tvådelningen av Mars — med lägre terräng mot norr och högre belägna södra områden som påminner lite 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 på ett ocean och en stor sjö
Det avgörande är att en struktur motsvarande en kontinentalsockel inte uppstår vid kortvariga vattenmängder. Den kräver miljontals år med sedimentackumulering och relativt stabila förhållanden. Det utesluter scenariot med ett grunt, instabilt hav med skiftande vattennivå och pekar i stället på ett riktigt långvarigt ocean som fungerade under en betydande del av planetens tidiga historia.
Om Mars verkligen haft en enorm, stabil vattenmassa förändrar det fullständigt bilden av planetens forna klimat. Det tecknar sig en syn på en planet med en hydrologisk cykel långt mer lik jordens: avdunstning, moln, nederbörd och floder som transporterade sediment till oceanen. Det betyder också att atmosfären vid den tiden måste ha varit markant tätare och rikare på växthusgaser — annars skulle vattnet snabbt ha frusit eller avdunstat ut i rymden.
Den unga, fuktiga perioden på Mars kan dessutom ha varat hundratals miljoner år och därmed skapat gynnsamma betingelser för organisk kemi och möjligen enkla livsformer. Forskare från NASA och Europeiska rymdorganisationen planerar nu ytterligare missioner som just är inriktade mot områden med en potentiell kontinentalsockel.
Var på Mars man bäst ska leta efter spår av forntida liv
På jorden är zonerna vid kontinentalsockeln bland de biologiskt rikaste regionerna. Grunt vatten, tillströmning av näringsämnen från land och goda ljusförhållanden — det är en kombination som främjar rikt liv, från bakterier till komplexa ekosystem. Det är inte förvånande att forskarna nu riktar stor uppmärksamhet mot den marsianska ekvivalenten till 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 ha bevarats i sedimenten. Framtida missioner med förmåga att samla in prover från denna region och undersöka dem laboratoriemässigt med avseende på sedimentstruktur och eventuella biologiska spår blir därför avgörande.
Direkta bevis kan bara framskaffas genom analys av sedimentära lager: texturer, kemisk sammansättning och eventuella strukturer som är svåra att förklara genom icke-biologiska processer. Nuvarande rovers, däribland Perseverance som arbetar i Jezero-kratern, undersöker redan sedimentära bergarter bildade i gamla sjöar och deltan.
Rovernas roll och framtida missioner för att bekräfta det nya scenariot
Data från sådana platser kan jämföras med framtida mätningar från den förmodade marsianska kontinentalsockelzonen. Om man hittar samma typ av långvariga, skiktade sediment får oceantesen nytt stöd. Nästa steg blir att föra hem prover till jorden inom ramen för de planerade missionerna av typen Mars Sample Return.
Endast i välutrustade laboratorier kan man fånga mycket fina spår av forna mikroorganismer — till exempel specifika isotopförhållanden eller mikrostrukturer som liknar bakteriella mattor. Forskare från universiteten i Cambridge och Arizona förbereder redan protokoll för analys av sådana prover. Kontinentalsockeln fungerar som en slags svart låda från det gamla oceanen.
Plattformen lagrar i miljontals år ett register över sediment som faller ut från vattensuspension, strömmar ner från fastlandet och ibland uppstår från levande organismers aktivitet. Även om havsnivån senare ändras förblir många av dessa lager på plats, bara delvis omvandlade. På Mars kan en sådan plats bevara registreringen av en hel era då planeten var betydligt mer hydrologiskt aktiv.
Vad ett marsianskt ocean berättar för oss om möjligheten för liv på andra platser
Förekomsten av ett forntida ocean garanterar naturligtvis inte att det uppstod liv. Det kräver också rätt grundämnen, stabila temperaturförhållanden och energikällor. Mars med sin intensiva vulkanism och mineralrika skorpa uppfyllde en del av dessa krav. Frågan är fortfarande om de gynnsamma förhållandenas varaktighet var lång nog för att de kemiska processerna skulle nå tillräckligt långt.
För planetforskare har en sådan rekonstruktion av Mars förflutna ännu en dimension: den hjälper till att bättre förstå andra stenplaneter utanför solsystemet. Om en grannplanet har genomgått en resa från en vattnig, relativt vänlig miljö till en torr öken utgör det en viktig referenspunkt vid analys av avlägsna himlakroppar, där man likaså söker efter spår av vatten och potentiella livsbetingade zoner. Forskare är överens om att kontinentalsockeln är det avgörande avtrycket av existensen av ett stabilt ocean som kan ha funnits på Mars under en period jämförbar med framväxten av det första livet på jorden.
