Tack vare de många uppdragen som har studerat Mars de senaste åren är vetenskapsmän medvetna om att för ungefär 4 miljarder år sedan var planeten en mycket annorlunda plats. Förutom att ha en tätare atmosfär var Mars också en varmare och våtare plats, med flytande vatten som täcker mycket av planetens yta. Tyvärr, när Mars förlorade sin atmosfär under hundratals miljoner år, försvann dessa hav gradvis.
När och var dessa hav bildades har varit föremål för mycket vetenskaplig utredning och debatt. Enligt en ny studie av ett team av forskare från UC Berkeley, var existensen av dessa hav kopplad till ökningen av det vulkaniska systemet Tharis. De teoretiserar ytterligare att dessa hav bildades flera hundra miljoner år tidigare än väntat och inte var så djupa som tidigare trott.
Studien, med titeln ”Timing of oceanes on Mars from the shoreline deformation”, dök nyligen upp i den vetenskapliga tidskriften Natur. Studien genomfördes av Robert I. Citron, Michael Manga och Douglas J. Hemingway - en kandidatstudent, professor och forskarstuderande vid forskningsinstitutionen för jord- och planetenskap och Center for Integrative Planetary Science vid UC Berkeley (respektive).
Som Michael Manga förklarade i ett pressmeddelande från Berkeley News:
”Antagandet var att Tharsis bildades snabbt och tidigt, snarare än gradvis, och att oceanerna kom senare. Vi säger att haven föregår och åtföljer lavautgången som gjorde Tharsis. "
Debatten om storleken och omfattningen av Mars tidigare hav beror på vissa inkonsekvenser som har observerats. I grund och botten, när Mars förlorade sin atmosfär, skulle ytvattnet ha frusit för att bli underjordisk permafrost eller flytt ut i rymden. De forskare som inte tror att Mars en gång hade hav pekar på det faktum att uppskattningarna av hur mycket vatten som kunde ha gömts bort eller förlorats inte överensstämmer med uppskattningarna av havets storlekar.
Dessutom räcker inte isen som nu koncentreras i polarlocken för att skapa ett hav. Detta innebär att antingen mindre vatten fanns på Mars än vad tidigare uppskattningar antyder, eller att någon annan process var ansvarig för vattenförlust. För att lösa detta skapade Citron och hans kollegor en ny modell av Mars där oceanerna bildades före eller samtidigt som Mars största vulkaniska drag - Tharsis Montes, för ungefär 3,7 miljarder år sedan.
Eftersom Tharsis var mindre vid den tiden orsakade det inte samma nivå av skorpsdeformation som det gjorde senare. Detta skulle ha varit särskilt sant för de slättar som täcker mest norra halvklotet och tros ha varit en gammal havsbotten. Med tanke på att denna region inte utsattes för samma geologiska förändring som skulle ha kommit senare, skulle den ha varit grundare och höll ungefär hälften av vattnet.
”Antagandet var att Tharsis bildades snabbt och tidigt, snarare än gradvis, och att haven kom senare,” sade Manga. "Vi säger att haven föregår och åtföljer lavautgången som gjorde Tharsis."
Dessutom teoretiserade teamet också att den vulkaniska aktiviteten som skapade Tharsis kan ha varit ansvarig för bildandet av Mars tidiga hav. I grund och botten skulle vulkanerna ha sprutat ut gaser och vulkanisk aska i atmosfären som skulle ha lett till växthuseffekt. Detta skulle ha värmt ytan till den punkt som flytande vatten kunde bildas, och också skapat underjordiska kanaler som tillät vatten att nå de norra slättarna.
Deras modell räknar också andra tidigare antaganden om Mars, som är att dess föreslagna strandlinjer är mycket oregelbundna. I grund och botten varierar det som antas ha varit "vattenfront" -egendom på antika Mars i höjd med så mycket som en kilometer; Medan på jorden är strandlinjer nivå. Även detta kan förklaras av tillväxten i den vulkaniska regionen Tharsis, för ungefär 3,7 miljarder år sedan.
Med hjälp av aktuella geologiska data om Mars kunde teamet spåra hur oegentligheterna vi ser idag kunde ha bildats över tid. Detta skulle ha börjat när Mars första havet (Arabien) började bilda för 4 miljarder år sedan och var på väg att bevittna de första 20% av Tharsis Montes tillväxt. När vulkanerna växte blev landet nedtryckt och kustlinjen förändrades med tiden.
På liknande sätt kan de oregelbundna strandlinjerna för ett efterföljande hav (Deuteronilus) förklaras med denna modell genom att indikera att den bildades under de senaste 17% av Tharsis tillväxt - för ungefär 3,6 miljarder år sedan. Isidis-funktionen, som verkar vara en forntida sjöbädd som har tagits bort från Utopia-kusten, kan också förklaras på detta sätt. När marken deformerades upphörde Isidis att vara en del av norra havet och blev en förbunden sjöbädd.
"Dessa strandlinjer kunde ha placerats av en stor mängd flytande vatten som fanns före och under utplaceringen av Tharsis istället för efteråt", säger Citron. Detta överensstämmer verkligen med den observerbara effekten som Tharsis Mons har haft på topografin av Mars. Det skapar inte bara en utbuktning på den motsatta sidan av planeten (vulkaniska komplexet Elysium), utan ett massivt canyonsystem däremellan (Valles Marineris).
Denna nya teori förklarar inte bara varför tidigare uppskattningar av vattenvolymen i de norra slättarna var felaktiga, den kan också redogöra för dalnätet (skuren av strömmande vatten) som dök upp ungefär samtidigt. Och under de kommande åren kan denna teori testas av robotuppdragen som NASA och andra rymdbyråer skickar till Mars.
Tänk på NASA: s inredningsutforskning med hjälp av Seismic Investigations, Geodesy and Heat Transport (InSight), som är planerad att lanseras i maj 2018. När den når Mars kommer denna lander att använda en svit av avancerade instrument - som inkluderar en seismometer, temperatursond och radiovetenskapligt instrument - för att mäta Mars interiör och lära sig mer om dess geologiska aktivitet och historia.
NASA räknar bland annat med att InSight kan upptäcka resterna av Mars gamla hav frusna i det inre, och eventuellt även flytande vatten. Vid sidan av Mars 2020 rover, the ExoMars 2020och eventuella besättningsbesättningar förväntas dessa ansträngningar ge en mer fullständig bild av Mars förflutna, som kommer att inkludera när större geologiska händelser ägde rum och hur detta kunde ha påverkat planetens hav och strandlinjer.
Ju mer vi lär oss om vad som hände på Mars under de senaste 4 miljarder åren, desto mer lär vi oss om krafterna som formade vårt solsystem. Dessa studier går också långt för att hjälpa forskare att bestämma hur och var livsbärande förhållanden kan bildas. Detta (hoppas vi) kommer att hjälpa oss att hitta livet i ett annat stjärnsystem på en dag!
Teamets resultat var också ämnet för ett papper som presenterades denna vecka på den 49: e Lunar and Planetary Science Conference i The Woodlands, Texas.
Ytterligare nyheter: Berkeley News, Natur
