Bewijs voor een grondwatersysteem op Mars. Onderzoek van aardwetenschapper Wouter Marra van de Universiteit Utrecht.

Mars had ruim drie miljard jaar geleden een uitgebreid grondwatersysteem, dat waarschijnlijk nog altijd aanwezig is. Af en toe brak het water door het oppervlak heen. Dat verklaart de grote uitstroomdalen die op de rode planeet te zien zijn.

20 mei 2015

Het is een vraag waar Marswetenschappers al jarenlang hun tanden op stuk bijten: hoe kan het dat er tussen 3,8 en 3 miljard jaar geleden zulke krachtige waterstromen over de rode planeet denderden? Sporen in het Martiaanse landschap laten er geen twijfel over bestaan dat dit het geval was. Maar de luchtdruk was ook toen al zo laag dat er nauwelijks vloeibaar water bestaan kan hebben. Op de rode planeet, waar de luchtdruk meer dan honderd keer lager is dan op aarde, gaat waterdamp bij afkoeling rechtstreeks over in ijs.

Doorbraken

Het water bevond zich in de ondergrond, concludeert aardwetenschapper Wouter Marra van de Universiteit Utrecht deze week in zijn proefschrift. Nu en dan welde dat grondwater rustig omhoog en stroomde tijdelijk verder aan het oppervlak. Soms liep de druk in de ondergrond zo hoog op dat het water door het Marsoppervlak heen brak en een plaatselijke stortvloed veroorzaakte – te vergelijken met een plotselinge vulkaanuitbarsting op aarde. Hierbij ontstonden kilometers diepe scheuren en barsten in de grond, die nu nog duidelijk op foto’s van het Marslandschap te zien zijn.

Uitstroomdalen op Mars (boven in beeld), in het gebied van de Valles Marineris (de Vallei van de Mariner). Kleuren geven het hoogteverschil (variërend tussen – 6 km en 6 km, blauw is laag, rood is hoog). Beeld gemaakt door Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA). — Uitstroomdalen op Mars (boven in beeld), in het gebied van de Valles Marineris (de Vallei van de Mariner). Hoogteverschillen lopen op tot ongeveer 15 km, en worden aangegeven met kleuren (blauw is laag, rood is hoog). Beeld gemaakt door Mars Orbiter Laser Altimeter (MOLA).
courtesy of NASA / JPL-Caltech / Arizona State University

De buitenkant van Mars bestaat uit permafrost – een kilometers dikke laag permanent bevroren bodem en grondwater. “Die afsluitende laag zorgt ervoor dat de druk in de bodem zo hoog kan oplopen”, legt Marra uit. “Op aarde hebben we dat niet. Daar stroomt het grondwater veel makkelijker uit aan de oppervlakte.”

Het uitgestroomde water hield het, vanwege de omstandigheden aan het Marsoppervlak, echter nooit lang vol. “Grote stroomdalen die te zien zijn in het landschap duiden op forse, krachtige waterstromen”, zegt Marra. “Maar die zijn er waarschijnlijk telkens maar heel kort geweest. Binnen enkele maanden of zelfs weken waren ze weer verdwenen.”

Het grondwatersysteem moet in de vroegste geschiedenis van Mars ontstaan zijn, ongeveer van 4,5 tot 4 miljard jaar geleden. Destijds waren de omstandigheden op Mars vergelijkbaar met die op aarde. De atmosfeer was dikker en het regende en sneeuwde regelmatig. Daardoor kon het water in de bodem van Mars infiltreren. Het grondwatersysteem is lange tijd actief geweest en bestaat misschien nog steeds, maar is in de loop der tijd wel steeds meer water kwijtgeraakt.

Schaalmodellen

Marra trok zijn conclusies op basis van experimenten in een grote, geavanceerde zandbak. Hij bracht water in een buis onder het zand, en liet dit vervolgens onder verschillende drukken vrijkomen. De landschapsvormen die dit opleverde vergeleek hij met satellietbeelden en landschapsfoto’s van de rode planeet. “De gelijkenis toont aan dat grondwater de dominante bron van water was”, zegt Marra. “De uitstroomdalen zijn ontstaan in een droog en koud klimaat.”

Ronald van Balen is hoogleraar kwartairgeologie aan de Vrije Universiteit Amsterdam, gespecialiseerd in de oorsprong van diverse landschapsvormen, en zelf niet betrokken bij het onderzoek. “Marra toont met zijn experimenten overtuigend aan dat het landschap van Mars deels door grondwaterprocessen is gevormd”, reageert hij desgevraagd. “Al kan je de resultaten uit het lab niet één op één naar de werkelijkheid vertalen.” Dit omdat niet alle verhoudingen in het schaalmodel kloppen, en sommige belangrijke eigenschappen van Mars er niet in zijn meegenomen. Van Balen: “Denk bijvoorbeeld aan de grootte van de zandkorrels, de sterkte van de zwaartekracht en de permanent bevroren bodem van Mars.”

Woest water uit de grond: filmpje van de Universiteit Utrecht over het promotieonderzoek van Marra.

Bron

Marra, W.A., Martian groundwater outflow processes and morphology, reconstruction of paleohydrology using landscape evolution experiments, Proefschrift Universiteit Utrecht (2015), 153 blz. Aanstaande vrijdag hoopt Marra te promoveren op zijn Marsonderzoek.

Reageer