24 oktober 2020

Mars: de planeet die een oceaan aan water kwijtraakte

Artist’s impression van Mars, vier miljard jaar geleden. Credit: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org).

Volgens nieuwe onderzoeksresultaten, die vandaag online in het tijdschrift Science worden gepubliceerd, was er ooit een primitieve oceaan op Mars die meer water bevatte dan de Noordelijke IJszee, en een groter deel van het planeetoppervlak besloeg dan de Atlantische Oceaan op aarde. Dat blijkt uit metingen met ESO’s Very Large Telescope, en instrumenten van de W.M. Keck-sterrenwacht en NASA’s Infrared Telescope Facility, die verspreid over een periode van zes jaar door een internationaal team van wetenschappers zijn verricht. Bij het onderzoek is de atmosfeer van Mars doorgelicht en zijn de eigenschappen van het water in verschillende delen van de planeetatmosfeer in kaart gebracht. De nieuwe kaarten zijn de eerste in hun soort.

Ongeveer vier miljard jaar geleden zou de jonge planeet nat genoeg zijn geweest om zijn volledige oppervlak met een 140 meter dikke laag water te bedekken. Maar het is waarschijnlijker dat het water zich in de laagst gelegen gebieden verzamelde, en een oceaan vormde die bijna het halve noordelijke halfrond van Mars bestreek. Plaatselijk kan het water meer dan 1,6 kilometer diep zijn geweest.

Deze artist’s impression laat zien hoe Mars er vier miljard jaar geleden kan hebben uitgezien. De jonge planeet zou nat genoeg zijn geweest om zijn volledige oppervlak met een 140 meter dikke laag water te bedekken. Maar het is waarschijnlijker dat het water zich in de laagst gelegen gebieden verzamelde, en een oceaan vormde die bijna het halve noordelijke halfrond van Mars bestreek. Plaatselijk kan het water meer dan 1,6 kilometer diep zijn geweest. Credit: ESO/M. Kornmesser/N. Risinger (skysurvey.org).

Ons onderzoek geeft een betrouwbare schatting van hoeveel water Mars ooit had, door te bepalen hoeveel water naar de ruimte is ontsnapt,’ zegt Geronimo Villanueva, een wetenschapper van NASA’s Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland (VS), en hoofdauteur van het nieuwe artikel. ‘Met dit onderzoek kunnen we de geschiedenis van Mars beter begrijpen.’De nieuwe schatting is gebaseerd op gedetailleerde waarnemingen van twee enigszins verschillende vormen van water in de Marsatmosfeer. De eerste is de bekende vorm, die uit twee waterstofatomen en één zuurstofatoom bestaat: H2O. De tweede is HDO oftewel halfzwaar water, een natuurlijke variant waarin een van de waterstofatomen is vervangen door de zwaardere soortgenoot deuterium.Omdat halfzwaar water zwaarder is dan normaal water, ontsnapt het na verdamping minder gemakkelijk de ruimte in. Dus hoe meer water een planeet verliest, des te groter wordt de HDO/H2O-verhouding van het resterende water [1].De onderzoekers hebben de chemische signaturen van de twee soorten water onderscheiden met ESO’s Very Large Telescope in Chili, en met instrumenten van de W. M. Keck Observatory en NASA’s Infrared Telescope Facility op Hawaï [2]. Door de HDO/H2O-verhouding te meten, kunnen wetenschappers vaststellen hoe sterk het HDO-aandeel is toegenomen. Daaruit kan dan weer worden afgeleid hoeveel water de ruimte in is verdwenen, en hoeveel water er in vroeger tijden op Mars is geweest.

Bij hun onderzoek hebben de wetenschappers de verdeling van H2O en HDO in de loop van zes aardse jaren – ongeveer drie Marsjaren – herhaaldelijk gemeten. Dat heeft kaarten opgeleverd van hun afzonderlijke verdeling en van hun onderlinge verhouding. De kaarten vertonen seizoensveranderingen en microklimaten, hoewel de huidige planeet Mars in feite een woestijn is. Ulli Ká¤ufl van ESO, die verantwoordelijk was voor de bouw van een van de instrumenten die bij dit onderzoek zijn gebruikt en mede-auteur is van het nieuwe artikel, voegt toe: ‘Ik sta er steeds weer versteld van hoeveel je over een planeet te weten kunt komen door deze van grote afstand met een telescoop te bekijken: we hebben een oude oceaan ontdekt op meer dan 100 miljoen kilometer hiervandaan!

De Very Large telescopes van de ESO in Chili.

Het onderzoeksteam was vooral geïnteresseerd in gebieden nabij de noord- en zuidpool, omdat de poolkappen voor zover bekend het grootste waterreservoir op de planeet vormen. Vermoed wordt dat in het daarin opgeslagen water de evolutie van het water op Mars is opgetekend, van het natte Noachiaanse tijdperk, dat ongeveer 3,7 miljard jaar geleden afliep, tot nu.De nieuwe resultaten laten zien dat het atmosferische water nabij de polen met een factor zeven is verrijkt ten opzichte van het aardse oceaanwater. Dat betekent dat het water in de eeuwige ijskappen van Mars acht keer is verrijkt. Mars moet dus een hoeveelheid water zijn kwijtgeraakt die 6,5 keer zo groot was als de hoeveelheid die in de huidige poolkappen is opgeslagen. En daaruit volgt dat de oceaan op de jonge planeet zeker 20 miljoen kubieke kilometer water moet hebben bevat.Gezien de huidige topografie van Mars, zal het meeste water zich op de noordelijke vlakten hebben verzameld – een gebied dat al geruime tijd als een goede kandidaat wordt gezien, omdat het zo laag ligt. Als de vroegere oceaan zich inderdaad in dat gebied heeft bevonden, zal deze 19% van het planeetoppervlak hebben bedekt. Ter vergelijking: de Atlantische Oceaan neemt 17% van het aardoppervlak in beslag.’Als Mars zo veel water is kwijtgeraakt, is de planeet hoogstwaarschijnlijk veel langer nat geweest dan tot nu toe werd gedacht. En dat zou betekenen dat de planeet ook langer leefbaar was,’ zegt Michael Mumma, senior-wetenschapper bij Goddard en tweede auteur van het onderzoeksartikel. Het is mogelijk dat Mars ooit nóg meer water heeft gehad, waarvan een deel onder het oppervlak kan zijn opgeslagen. Omdat de nieuwe kaarten niet alleen microklimaten en veranderingen in het atmosferische watergehalte tonen, kunnen ze ook van nut zijn bij de voortdurende zoektocht naar dat ondergrondse water. Bron: ESO.

  1. De oceanen op aarde bevatten ongeveer 3200 H2O-moleculen per molecuul HDO. []
  2. Hoewel de sondes die op het Marsoppervlak staan en om de planeet cirkelen veel gedetailleerde lokale metingen kunnen doen, zijn deze niet geschikt om de globale eigenschappen van de Marsatmosfeer in de gaten te houden. Dat gaat beter met de infraroodspectrografen van grote telescopen op aarde. []

Comments

  1. van ba zegt

    So, are there fossils or life expressions elsewhere? Is it possible? Isn’t the emergence and maintenance of life a process of radical necessity? That is, is a peculiar, unique and unrepeatable past totally necessary? Or does life emerge through space like mushrooms when some conditions are present? So, how many conditions are necessary: three, four, trillions, infinite? Only one, water or any sort of God? Is God the word that means infinite conditions, absolute necessity? Anyway, how did the life that emerge in a given conditions resist when switching to a different moment? How does life resist time itself, the effects of entropy? But, is it possible for human beings to recognize a simpler life than their own brain only? On the other hand, beyond likeness, is it possible to recognize a complex thing than human brain, is this the extra-terrestrial life that some people are searching unsuccessfully? However, is there an origin of life or would it be as finding a cut in the material history of the universe, an infinite void that human language patches now? Along these lines, there is a peculiar book, a short preview in http://goo.gl/8Ax6gL Just another suggestion, far away from dogmas or axioms.

  2. Enceladus Enceladus zegt

    Beetje vreemd dat die plaatjes van Mars met een oceaan erop toch altijd weer die roestbruine kleur voor de landoppervlakken laten zien. Ik bedoel maar: die oceaan zou er 4 miljard jaar geleden zijn geweest. Waarom wordt dan het landoppervlak zoals dat er nu uitziet getoond? Vrijwel zeker was het landoppervlak van Mars ten tijde van die oceaan helemaal niet roestbruin!

    groet,
    Gert (Enceladus)

    • Ik denk zodat het voor ons herkenbaar blijft als zijnde Mars

    • Obelix Obelix zegt

      Oh? Welke kleur had het vasteland van Mars dan wel tijdens de ‘oceaan-periode’?

      Groen van de vegetatie?
      Geel van zand , omdat de roest naar de zee zou zijn gespoeld?

      Groet, Paul

      • Enceladus Enceladus zegt

        Your guess is as good as mine, Obelix. Dat weten we eenvoudigweg niet. Maar vrijwel zeker niet roestbruin, want die kleur is pas ontstaan nadat Mars zijn water kwijtraakte.

        Of er ooit vegetatie was, weten we nog niet, dus groen zou wat voorbarig zijn. Ik denk dat de oorspronkelijke kleur pas kan worden vastgesteld als we een sample-return-missie hebben uitgevoerd of als we een bemande landing hebben volbracht.

        groet,
        Gert (Enceladus)

  3. Heeft er iemand hier meer sjoege van scheikunde? Ik heb het idee dat ijzeroxide alleen kan ontstaan uit ijzer als er vrije zuurstof aanwezig is. Dus of een atmosfeer, of water waar zuurstof in zit. Als dat zo is dan zou de ijzeroxide juist moeten zijn ontstaan toen Mars nog nat was en een atmosfeer had. Volgens mij kan je nu een spijker op Mars neerleggen en zal deze niet roesten (nee, niet een roestvrijstalen spijker). En dan is de volgende vraag, waar kwam deze vrije zuurstof dan vandaan…want dat is eigenlijk een biosignature. Ik denk dan aan;

    http://en.wikipedia.org/wiki/Banded_iron_formation

    Iemand? bvd

    • Er is dus eigenlijk maar één conclusie mogelijk,
      Mars is gaan roesten toen het nog water bezat,, toch?

      • Enceladus Enceladus zegt

        Daar ben ik eigenlijk altijd vanuit gegaan. Vandaar mijn eerdere opmerking dat het heel merkwaardig is om Mars af te beelden als een planeet met een oceaan én een roestbruine bodem.

        Tenzij het natuurlijk veelvuldig regende op Mars en die planeet biologisch zo dood als een pier was. Dan heeft de bodem alle tijd gehad om compleet te verroesten.

        Kortom: het wordt de hoogste tijd dat we astronauten op Mars zetten die het gaan uitzoeken.
        (En dus geen reality-tv clowns…)

        groet,
        Gert (Enceladus)

        • In ieder geval “moet” er haast wel leven aanwezig zijn om vrije zuurstof te verkrijgen. Voornamelijk omdat zuurstof heel sterk verbindingen aan gaat (waar je auto dus niet blij mee is). De eersten die dat hier op aarde deden waren microben…..zuurstof was vergif voor het vroegere leven en dat ging er aan kapot. Daarna ontstond er plantleven/fotosynthese. Met andere woorden, stel je stopt alle fotosynthese op aarde, dan is na verloop van tijd alle vrije zuurstof uit water en atmosfeer/lucht verdwenen. Vandaar dat astrobiologen zullen juichen als ze het ergens aantreffen.

          Maar ik weet niet zeker, in het geval van Mars, of ijzeroxide alleen kan ontstaan door de aanwezigheid van vrije zuurstof. Zo nee, speelt het ook geen rol in de vraag of er dan misschien ook leven was die voor de bevoorrading zorgde. En zo ja……dan moet er haast wel leven aanwezig zijn geweest.

          Misschien dat toen Mars zijn atmosfeer en water verloor, watermoleculen werden afgebroken door zonnewind. Dan krijg je ook vrije zuurstof wat misschien reageerde met ijzer voordat het ontsnapte naar de ruimte.

          Nou, mocht er niet per ongeluk nog een scheikundeknobbel hier binnen struikelen….dan kom ik er denk ik nog wel op terug. Ik kan niet slapen met “prangende” vragen dus ik ga het wel uitzoeken 🙂

    • rudiev zegt

      Volgens mij is het nog onduidelijk hoe het ijzer op mars precies geöxideerd is.
      http://www.space.com/16999-mars-red-planet.html
      For sure, some sort of weathering gradually rusted the iron on Mars. But did the ancient rainstorms that are thought to have occurred on a young, wet Mars rust the iron by pounding the regolith with oxygen atoms freed from water molecules? Or, did the oxidation happen gradually over billions of years, as sunlight broke down carbon dioxide and other molecules in the atmosphere, producing oxidants such as hydrogen peroxide and ozone? Or, as a group of Danish scientists suggested in 2009, have Martian dust storms slowly rusted the iron, by crumbling the quartz crystals that also exist in the regolith and leaving their oxygen-rich surfaces exposed?

      http://www.smithsonianmag.com/science-nature/how-did-mars-become-the-red-planet-28151/
      Around 3.7 billion years ago, Mars had the basic ingredients to support life. A thick, oxygen-rich atmosphere blanketed the planet, trapping enough heat to allow liquid water to flow freely on the surface. Then a catastrophic event rendered Mars cold and barren. Precisely what happened remains a mystery, but scientists will be searching for new clues with the November launch of NASA’s $671 million Mars Atmosphere and Volatile Evolution (MAVEN) spacecraft. (2013)

    • Obelix Obelix zegt

      IJzer(Fe) is [ in de chemische verdringingsreeks ] onedeler dan Waterstof(H)

      IJzer kan roesten in water als dat zuurstofloos is. Maar in een ‘natte’ zuurstofrijke omgeving gaat roesten gewoon veel sneller. In zuurstofloos maar aangezuurd water kan ijzer ook lekker snel roesten…

      Stel dat boven die waterplas een grote kooldioxiderijke atmosfeer zou hangen…
      Een deel van de CO2 lost op in die oceaan tot … Waterstof-Carbonaat of te wel spuitwater, een licht zure oplossing.
      – IJzer oxideert en slaat neer als IJzer-Carbonaat.
      – Waterstof-ionen reduceren tot Waterstof(gas), welke naar de atmosfeer ontsnappen.
      Zodra de carbonaten zijn neergeslagen(verdwenen uit de oplossing), is er ruimte voor meer CO2 om op te lossen…

      IJzercarbonaat heeft een roestbruine kleur en kan als de omstandigheden gunstig zijn ( hoge temperatuur/ UV straling?) uiteen vallen in ijzeroxide en CO2. Als die ‘gunstige’ omstandigheden zich niet voordoen, lijkt het mij nog een hele klus om vast te stellen of er op Mars een** ijzeroxide ligt, of dat het een** ijzercarbonaat is.
      Uiteraard kan ijzeroxide worden omgezet in ijzer-carbonaat als de dampspanning van de CO2 hoog genoeg is. 🙂

      ** ijzer kan voorkomen als 2 en/of 3 waardige ion

      Groet, Paul

      Opm. 1. RVS staat voor “Roest Vast Staal” niet “roest vrij staal.
      Roestvrij bestaat wel, als het net uit de hoogoven komt. Daarna verroest het oppervlak al iets, en is het dus niet meer roestvrij. 🙂
      Een vergelijkbaar taalmisverstand heerst over “kogelvrij”.
      Politie/Militaire pakken kunnen “kogelwerend” zijn, en tevens “kogelvrij”.
      Maar het T-shirt welke ik nu draag is ook kogelvrij. En ik hoop dat dat zo blijft, zolang ik het aan heb. Kogelwerend is het namelijk allermist. 🙂

      Opm. 2. Zoals ik hier boven reeds heb aangegeven, is Roest geen “bio signatuur” .

      • Ok bedankt, het roest verhaal is me een stuk duidelijker zo.

        Ps, zuurstof (in een atmosfeer) heb ik aangegeven als bio-signature, niet roest. Als ze ooit goed atmosferen kunnen analyseren van exo-planeten, juichen ze harder als ze zuurstof vinden, dan wanneer ze b.v. methaan vinden.

        Nogmaals, bedankt

  4. Co van Driel zegt

    Een prachtig artikel vrienden. Hier gaat mijn ruimtehart sneller van kloppen. Het Noachiaanse tijdperk, is dat vernoemd naar onze Aardse Noach die met zijn dierentuin de zee op ging? Over onze Noach en zijn ark doen ook in christelijke kringen de wildste verhalen de ronde. Zo zou het oude verhaal weleens in werkelijkheid het verplaatsen van de mensheid van Mars naar Aarde kunnen betekenen. De ark was dus een ruimteschip. Ik vind het een zeer aannemelijk verhaal, maar laat de dominee het maar niet horen …

  5. Dat kan je makkelijk hier terugvinden http://en.wikipedia.org/wiki/Geological_history_of_Mars

Speak Your Mind

*

Deze website gebruikt Akismet om spam te verminderen. Bekijk hoe je reactie-gegevens worden verwerkt.

%d bloggers liken dit: