Videnskab
 science >> Videnskab >  >> Astronomi

Hvad skete der med Marss vand? Den er stadig fanget der

Mens det tidligere var mistænkt, at det meste af Mars vand var tabt til rummet, en betydelig del - mellem 30 og 90 procent - er gået tabt på grund af hydrering af skorpen, ifølge en ny undersøgelse. Noget vand blev frigivet fra det indre via vulkanisme, men ikke nok til at genopbygge planetens engang betydelige forsyning. Beviser for vandets skæbne blev fundet i forholdet mellem deuterium og brint i planetens atmosfære og klipper. Kredit:California Institute of Technology

For milliarder af år siden, den røde planet var langt mere blå; ifølge beviser, der stadig findes på overfladen, rigeligt vand strømmede hen over Mars og dannede bassiner, søer, og dybe oceaner. Spørgsmålet, derefter, er hvor blev alt det vand af?

Svaret:ingen steder. Ifølge ny forskning fra Caltech og JPL, en betydelig del af Mars' vand - mellem 30 og 99 procent - er fanget i mineraler i planetens skorpe. Forskningen udfordrer den nuværende teori om, at den røde planets vand flygtede ud i rummet.

Caltech/JPL-holdet fandt ud af, at for omkring fire milliarder år siden, Mars var hjemsted for vand nok til at have dækket hele planeten i et hav omkring 100 til 1, 500 meter dyb; et volumen, der omtrent svarer til halvdelen af ​​Jordens Atlanterhav. Men, en milliard år senere, planeten var lige så tør, som den er i dag. Tidligere, videnskabsmænd, der forsøgte at forklare, hvad der skete med det strømmende vand på Mars, havde foreslået, at det flygtede ud i rummet, offer for Mars' lave tyngdekraft. Selvom noget vand faktisk forlod Mars på denne måde, det ser nu ud til, at en sådan flugt ikke kan stå for det meste af vandtabet.

"Atmosfærisk flugt forklarer ikke fuldt ud de data, vi har for, hvor meget vand der faktisk engang eksisterede på Mars, " siger Caltech Ph.D.-kandidat Eva Scheller (MS '20), hovedforfatter til et papir om forskningen, der blev offentliggjort af tidsskriftet Videnskab den 16. marts og præsenteret samme dag på Lunar and Planetary Science Conference (LPSC). Schellers medforfattere er Bethany Ehlmann, professor i planetarisk videnskab og associeret direktør for Keck Institute for Space Studies; Yuk Yung, professor i planetarisk videnskab og seniorforsker ved JPL; Caltech kandidatstuderende Danica Adams; og Renyu Hu, JPL forsker. Caltech administrerer JPL for NASA.

Holdet studerede mængden af ​​vand på Mars over tid i alle dens former (damp, væske, og is) og den kemiske sammensætning af planetens nuværende atmosfære og skorpe gennem analyse af meteoritter samt ved hjælp af data leveret af Mars-rovere og orbitere, ser man især på forholdet mellem deuterium og brint (D/H).

Vand består af brint og ilt:H 2 O. Ikke alle brintatomer er skabt lige, imidlertid. Der er to stabile isotoper af brint. Langt de fleste brintatomer har kun én proton i atomkernen, mens en lille del (ca. 0,02 procent) eksisterer som deuterium, eller såkaldt "tungt" brint, som har en proton og en neutron i kernen.

Den lettere vægtede brint (også kendt som protium) har lettere ved at undslippe planetens tyngdekraft ud i rummet end dens tungere modstykke. På grund af dette, undslippet af en planets vand via den øvre atmosfære ville efterlade en afslørende signatur på forholdet mellem deuterium og brint i planetens atmosfære:der ville være en for stor del af deuterium tilbage.

Imidlertid, tabet af vand udelukkende gennem atmosfæren kan ikke forklare både det observerede deuterium til brint-signal i Mars atmosfære og store mængder vand i fortiden. I stedet, undersøgelsen foreslår, at en kombination af to mekanismer – indfangning af vand i mineraler i planetens skorpe og tab af vand til atmosfæren – kan forklare det observerede deuterium-til-brint-signal i Mars-atmosfæren.

Når vand interagerer med sten, kemisk forvitring danner ler og andre vandholdige mineraler, der indeholder vand som en del af deres mineralske struktur. Denne proces finder sted på Jorden såvel som på Mars. Fordi Jorden er tektonisk aktiv, gammel skorpe smelter konstant ind i kappen og danner ny skorpe ved pladegrænser, genanvende vand og andre molekyler tilbage til atmosfæren gennem vulkanisme. Mars, imidlertid, er for det meste tektonisk inaktiv, og så "tørringen" af overfladen, når det først sker, er permanent.

"Atmosfærisk flugt havde tydeligvis en rolle i vandtab, men resultater fra det sidste årti af Mars-missioner har peget på det faktum, at der var dette enorme reservoir af ældgamle hydrerede mineraler, hvis dannelse helt sikkert mindskede vandtilgængeligheden over tid, siger Ehlmann.

"Alt dette vand blev sekvestreret ret tidligt, og så aldrig cyklet ud igen, " siger Scheller. Forskningen, som var afhængig af data fra meteoritter, teleskoper, satellitobservationer, og prøver analyseret af rovere på Mars, illustrerer vigtigheden af ​​at have flere måder at sondere den røde planet på, hun siger.

Ehlmann, Hu, og Yung har tidligere samarbejdet om forskning, der søger at forstå Mars' beboelighed ved at spore kulstofhistorien, da kuldioxid er den vigtigste bestanddel af atmosfæren. Næste, holdet planlægger at fortsætte med at bruge data om isotop- og mineralsammensætning til at bestemme skæbnen for nitrogen- og svovlholdige mineraler. Ud over, Scheller planlægger at fortsætte med at undersøge de processer, hvorved Mars' overfladevand gik tabt til skorpen ved hjælp af laboratorieeksperimenter, der simulerer Mars forvitringsprocesser, samt gennem observationer af gammel skorpe af Perseverance roveren. Scheller og Ehlmann vil også hjælpe med Mars 2020-operationer for at indsamle stenprøver til tilbagevenden til Jorden, som vil give forskerne og deres kolleger mulighed for at teste disse hypoteser om drivkræfterne bag klimaændringer på Mars.

Papiret, med titlen "Langsigtet tørring af Mars forårsaget af sekvestrering af vandmængder i havskala i skorpen, " offentliggjort i Science den 16. marts 2021.


Varme artikler