En gammel strid om vand på Mars får nyt liv
Geologer og planetforskere har i årevis diskuteret, om Mars nogensinde havde et virkeligt ocean, eller om det blot drejede sig om enkeltstående søer og floder. Nu har et forskerhold præsenteret et helt nyt perspektiv på planetens topografiske data.
Der er nærmest videnskabelig konsensus om én ting: for milliarder af år siden strømmede flydende vand på Mars. Det bekræftes af billeder fra orbitere, analyser fra rovere og klimamodeller. Man kan se gamle flodsenge, deltaagtige mundinger og aflejringer forbundet med langvarig vandstrømning. Det er et radikalt anderledes billede end den nuværende iskolde ørken med sin tynde atmosfære.
Det, der stadig debatteres, er omfanget af denne vandperiode. Var det blot en æra med talrige søer og floder, eller fandtes der på den nordlige halvkugle et enormt ocean, der dækkede op mod en tredjedel af planetens overflade? En ny terrænanalyse antyder, at dette mere dristige scenarie bliver stadigt mere sandsynligt.
Hvorfor de gamle kystlinjer på Mars ikke passer ind i billedet
I årevis forsøgte forskere at kortlægge det formodede kystforløb for et urtidshav 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 havniveau. På Jorden refererer havniveauet til den samme gravitationsflade, og kystlinjer ligger derfor globalt set omtrent i samme højde. På Mars burde det være tilsvarende. Men de formodede Mars-kyster varierede i højde med op til flere kilometer. Det er en enorm forskel, der er svær at forene med en jævn havoverflade.
To hovedteorier er opstået for at forklare denne uoverensstemmelse. Den første opererer med en markant forskydning af planetens jordskorpe som følge af en ændring i rotationsaksens position — den såkaldte polarvandring. Den anden tilskriver deformationerne den voldsomme vulkanske aktivitet i Tharsis-regionen og dannelsen af massive vulkaner som Olympus Mons.
Begge teorier forklarer dele af dataene, men fjerner ikke alle uoverensstemmelser. Derfor dukkede tanken stadig hyppigere op, at nogle af de strukturer, man betragtede som gamle kystlinjer, slet ikke er det. Det førte til beslutningen om at lede efter et helt andet og mere entydigt spor.
Jagten på et topografisk fingeraftryk, der er svært at anfægte
Forskerholdet stillede sig selv spørgsmålet: hvilken geologisk struktur ville udgøre det bedste aftryk af et urtidshav, 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 forblive tydeligst for en hypotetisk ekstern iagttager efter hundredvis af millioner eller milliarder af års erosion.
Det mest karakteristiske signal viste sig ikke at være selve kystlinjen, men derimod den brede, relativt flade hylde, der omgiver kontinenterne — kontinentalsoklen. På Jorden udgør kontinentalsoklen et bælte af havbund, der omringer kontinenterne, med ringe dybde sammenlignet med det åbne ocean. Den opstår ved langsom aflejring af materiale fra floder og kyster og opbygger gradvist et tykt lag sedimenter.
En sådan struktur har flere vigtige egenskaber. Den er udstrakt og relativt flad. Den bevares på trods af ændringer i havniveauet. Den kræver en lang eksistensperiode for et stort vandlegeme. Og 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 have eller oversvømmelsesflader.
Mars’ kontinentalsokkel: sådan blev den genkendt
Efter at have identificeret mønsteret fra Jordens data gik forskerne over til at analysere Mars’ topografiske data. De benyttede detaljerede højdekort udarbejdet på grundlag af målinger fra sonder i kredsløb om planeten. De søgte efter brede, relativt flade zoner, der omgiver de lavtliggende områder på den nordlige halvkugle — steder, hvor et ocean ifølge tidligere hypoteser kunne have ligget.
Analysen afslørede en struktur, der meget præcist svarer til den forventede form af en kontinentalsokkel. 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.
På baggrund af denne strukturs forløb rekonstruerede forskerne området for et urtidsvandlegeme, der fyldte cirka en tredjedel af Mars’ overflade, primært på den nordlige halvkugle. Denne fordeling stemmer meget godt overens med den tidligere observerede todeling af Mars — de lavere terræner mod nord og de højere sydlige områder, der minder lidt om Jordens kontinenter.
Det afgørende er, at en struktur svarende til en kontinentalsokkel ikke kan opstå ved et kortvarigt vandlegeme. Den kræver millioner af år med sedimentakkumulation og relativt stabile forhold. Det udelukker et scenarie med et grunt, ustabilt hav med svingende vandstand og peger i stedet på et virkeligt langtidsholdbart ocean, der fungerede i en betydelig del af planetens tidlige historie.
Hvad et sådant ocean betyder for Mars’ fortidige klima
Hvis Mars virkelig havde et enormt, stabilt vandlegeme, ændrer det fuldstændigt billedet af planetens fortid. Det fremkalder visionen om en planet med en hydrologisk cyklus, der i langt højere grad minder om Jordens: fordampning, skyer, nedbør og floder, der transporterer sedimenter til oceanet.
Det betyder også, at atmosfæren dengang må have været langt tættere og rigere på drivhusgasser, for ellers ville vandet hurtigt være frosset til is eller fordampet ud i rummet. En sådan periode med en ung, fugtig Mars kan have varet hundredvis af millioner af år og skabt gunstige betingelser for organisk kemi og muligvis enkle livsformer.
På Jorden hører zonerne med kontinentalsokler til de biologisk rigeste regioner. Lavt vand, tilførsel af næringsstoffer fra fastlandet og god lysindtrængen — det er en kombination, der understøtter et rigt liv, fra bakterier til komplekse økosystemer. Det er derfor ikke overraskende, at forskere nu retter særlig opmærksomhed mod det tilsvarende Mars-område.
Hvis der en gang opstod mikroorganismer på Mars, ville kontinentalsoklen være et af de mest lovende steder, hvor spor af deres aktivitet kan have bevaret sig i sedimenterne. Fremtidige missioner, der er i stand til at indsamle prøver fra denne region og undersøge dem laboratorielt med hensyn til sedimentstruktur og eventuelle biologiske spor, vil derfor være afgørende.
Rovernes 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 område, der formodes at udgøre Mars’ kontinentalsokkel. Hvis man finder den samme type langvarige, lagdelte sedimenter, vil oceanstesen få ny opbakning.
Det næste skridt vil være at bringe prøver tilbage til Jorden som led i de planlagte missioner af typen Mars Sample Return. Kun i veludstyrede laboratorier er det muligt at spore meget fine aftryk af urtidsorganismer, for eksempel specifikke isotopforhold eller mikrostrukturer, der minder om bakteriemåtter.
Et direkte bevis kan først komme med analysen af sedimentære lag: teksturer, kemisk sammensætning og eventuelle strukturer, der er vanskelige at forklare ud fra ikke-biologiske processer. Forskerne vil lede efter mineraler som magnetit, hæmatit og lermineral, der dannes i tilstedeværelse af vand og kan bære kemiske signaturer fra biologisk aktivitet.
Kontinentalsoklen som registrering af en hel epoke med vanddækket Mars
Kontinentalsoklen fungerer som en slags sort boks for urtidsoceanet. I millioner af år samler den et register af sedimenter, der synker ned fra vandsuspension, løber ned fra fastlandet og lejlighedsvis dannes fra levende organismers aktivitet. Selv om havniveauet ændrer sig efterfølgende, forbliver mange af disse lag på plads, kun delvist omdannet.
På Mars kan et sådant sted indeholde et register over en hel epoke, hvor planeten var langt mere hydrologisk aktiv. Hvis enkle livsformer opstod i den periode, er det netop i sokkelens sedimenter, at de bedste betingelser for bevarelse af noget fra den tid eksisterer helt frem til i dag. Vi taler naturligvis om indirekte spor — mineralstrukturer eller kemiske signaler, ikke forsteninger i jordisk forstand.
Det er værd at understrege, at selve tilstedeværelsen af et urtidshav ikke garanterer, at liv opstod. Der kræves også passende grundstoffer, stabile temperaturforhold og energikilder. Mars med sin intense vulkanske aktivitet og mineralsrige jordskorpe opfyldte en del af disse krav. Spørgsmålet er, om de gunstige betingelsers varighed var tilstrækkelig lang til, at de kemiske processer nåede langt nok.
