En gammal kontrovers om vatten på Mars får nytt liv
Geologer och planetforskare har i åratal debatterat huruvida Mars någonsin hade ett riktigt ocean, eller om det bara handlade om enskilda sjöar och floder. Nu har ett forskarteam presenterat ett helt nytt perspektiv på planetens topografiska data.
Det råder nästan vetenskaplig konsensus om en sak: för miljarder år sedan strömmade flytande vatten på Mars. Detta bekräftas av bilder från orbiters, analyser från rovers och klimatmodeller. Man kan se gamla flodbäddar, deltaformade mynningar och avlagringar kopplade till långvarig vattenströmning. Det är en radikalt annorlunda bild än den nuvarande iskallt öknen med sin tunna atmosfär.
Det som fortfarande diskuteras är omfattningen av denna vattenperiod. Var det bara en era med talrika sjöar och floder, eller fanns det på norra halvklotet ett enormt ocean som täckte upp till en tredjedel av planetens yta? En ny terränganalys antyder att detta mer djärva scenario blir alltmer sannolikt.
Varför de gamla kuststräckorna på Mars inte stämmer överens
Under åratal försökte forskare kartlägga det förmodade kustförloppet för ett urhav utifrån terrängformer 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 havsytan. På jorden refererar havsytan till samma gravitationsyta, och kustlinjer ligger därför globalt sett ungefär på samma höjd. På Mars borde det vara liknande. Men de förmodade Mars-kusterna varierade i höjd med upp till flera kilometer. Det är en enorm skillnad som är svår att förena med en jämn havsyta.
Två huvudteorier har uppstått för att förklara denna diskrepans. Den första arbetar med en markant förskjutning av planetens jordskorpa till följd av en förändring i rotationsaxelns position — den så kallade polvandrningen. Den andra tillskriver deformationerna den våldsamma vulkaniska aktiviteten i Tharsis-regionen och bildandet av massiva vulkaner som Olympus Mons.
Båda teorierna förklarar delar av data, men eliminerar inte alla motsägelser. Därför dök tanken alltmer upp att några av de strukturer man betraktade som gamla kustlinjer helt enkelt inte är det. Detta ledde till beslutet att leta efter ett helt annat och mer entydigt spår.
Jakten på ett topografiskt fingeravtryck som är svårt att ifrågasätta
Forskarteamet ställde sig själva frågan: vilken geologisk struktur skulle utgöra det bästa avtrycket av ett urhav, om vi betraktade jorden från Mars perspektiv och avlägsnade alla nuvarande hav? Svaret sökte de i numeriska simuleringar. Forskarna tömde virtuellt jordens oceaner och analyserade vad som skulle förbli tydligast för en hypotetisk extern betraktare efter hundratals miljoner eller miljarder års erosion.
Den mest karaktäristiska signalen visade sig inte vara själva kustlinjen, utan i stället den breda, relativt platta hyllan som omger kontinenterna — kontinentalsockeln. På jorden utgör kontinentalsockeln ett bälte av havsbotten som omger kontinenterna, med ringa djup jämfört med det öppna havet. Den uppstår genom långsam avsättning av material från floder och kuster och bygger gradvis upp ett tjockt lager sediment.
En sådan struktur har flera viktiga egenskaper. Den är utbredd och relativt platt. Den bevaras trots förändringar i havsnivån. Den kräver en lång existensperiod för ett stort vattendrag. Och den uppstår inte runt vanliga sjöar. Om något liknande kan påvisas på Mars skulle det vara ett starkt argument för ett stort, långvarigt ocean — och inte bara periodiska hav eller översvämningsytor.
Mars kontinentalsockel: så blev den igenkänd
Efter att ha identifierat mönstret från jordens data gick forskarna över till att analysera Mars topografiska data. De använde detaljerade höjdkartor utarbetade på grundval av mätningar från sonder i omloppsbana runt planeten. De sökte efter breda, relativt platta zoner som omger de låglänta områdena på norra halvklotet — platser där ett ocean enligt tidigare hypoteser kunde ha legat.
Analysen avslöjade en struktur som mycket exakt motsvarar den förväntade formen av en kontinentalsockel. Den utgör ett omfattande bälte med små höjdskillnader, fördelat på ett sätt som antyder en naturlig gräns mellan ett hypotetiskt ocean och det högre belägna fastlandet.
På grundval av denna strukturs förlopp rekonstruerade forskarna området för ett urvattendrag som fyllde cirka en tredjedel av Mars yta, främst på norra halvklotet. Denna fördelning stämmer mycket väl överens med den tidigare observerade uppdelningen av Mars — de lägre terrängerna mot norr och de högre södra områdena, som påminner lite om jordens kontinenter.
Det avgörande är att en struktur motsvarande en kontinentalsockel inte kan uppstå vid ett kortvarigt vattendrag. Den kräver miljontals år med sedimentackumulation och relativt stabila förhållanden. Detta utesluter ett scenario med ett grunt, instabilt hav med växlande vattennivå och pekar i stället på ett verkligt långsiktigt hållbart ocean som fungerade under en betydande del av planetens tidiga historia.
Vad ett sådant ocean betyder för Mars forna klimat
Om Mars verkligen hade ett enormt, stabilt vattendrag förändrar det fullständigt bilden av planetens förflutna. Det framkallar visionen om en planet med en hydrologisk cykel som i mycket högre grad påminner om jordens: avdunstning, moln, nederbörd och floder som transporterar sediment till oceanen.
Det betyder också att atmosfären då måste ha varit mycket tätare och rikare på växthusgaser, för annars skulle vattnet snabbt ha frusit till is eller avdunstat ut i rymden. En sådan period med en ung, fuktig Mars kan ha varat hundratals miljoner år och skapat gynnsamma betingelser för organisk kemi och möjligen enkla livsformer.
På jorden hör zonerna med kontinentalsocklar till de biologiskt rikaste regionerna. Grunt vatten, tillförsel av näringsämnen från fastlandet och god ljusinträngning — det är en kombination som understödjer ett rikt liv, från bakterier till komplexa ekosystem. Det är därför inte förvånande att forskare nu riktar särskild uppmärksamhet mot det motsvarande Mars-området.
Om det en gång uppstod mikroorganismer på Mars skulle kontinentalsockeln vara en av de mest lovande platserna där spår av deras aktivitet kan ha bevarats i sedimenten. Framtida missioner som kan samla in prover från denna region och undersöka dem laboratoriskt med avseende på sedimentstruktur och eventuella biologiska spår kommer därför att vara avgörande.
Rovers roll och framtida missioner som ska pröva det nya scenariot
Nuvarande rovers, inklusive Perseverance som arbetar i Jezero-kratern, undersöker redan sedimentära bergarter bildade i gamla sjöar och deltan. Data från sådana platser kan jämföras med framtida mätningar från det område som förmodas utgöra Mars kontinentalsockel. Om man finner samma typ av långvariga, skiktade sediment kommer oceantesen att få nytt stöd.
Nästa steg kommer att vara att föra tillbaka prover till jorden inom ramen för de planerade missionerna av typen Mars Sample Return. Endast i välutrustade laboratorier är det möjligt att spåra mycket fina avtryck av urorganismer, till exempel specifika isotopförhållanden eller mikrostrukturer som påminner om bakteriemattor.
Ett direkt bevis kan först komma med analysen av sedimentära lager: texturer, kemisk sammansättning och eventuella strukturer som är svåra att förklara utifrån icke-biologiska processer. Forskarna kommer att leta efter mineral som magnetit, hematit och lermineral, som bildas i närvaro av vatten och kan bära kemiska signaturer från biologisk aktivitet.
Kontinentalsockeln som registrering av en hel epok med vattentäckt Mars
Kontinentalsockeln fungerar som en sorts svart låda för urhavet. Under miljontals år samlar den ett register av sediment som sjunker ner från vattensuspension, rinner ner från fastlandet och tillfälligtvis bildas från levande organismers aktivitet. Även om havsnivån förändras efteråt förblir många av dessa lager på plats, endast delvis omvandlade.
På Mars kan en sådan plats innehålla ett register över en hel epok då planeten var mycket mer hydrologiskt aktiv. Om enkla livsformer uppstod under den perioden är det just i sockelns sediment som de bästa betingelserna för bevarande av något från den tiden existerar ända fram till idag. Vi talar naturligtvis om indirekta spår — mineralstrukturer eller kemiska signaler, inte fossil i jordisk mening.
Det är värt att understryka att själva närvaron av ett urhav inte garanterar att liv uppstod. Det krävs också lämpliga grundämnen, stabila temperaturförhållanden och energikällor. Mars med sin intensiva vulkaniska aktivitet och mineralrika jordskorpa uppfyllde en del av dessa krav. Frågan är om de gynnsamma betingelsernas varaktighet var tillräckligt lång för att de kemiska processerna nådde tillräckligt långt.
