Sós folyók szabdalhatták a Mars ősi mocsarait

Az Opportunity rover három egymástól távoli kráter vizsgálata alapján rekonstruálta a Meridiani-síkság jellemzőit és fejlődéstörténetét a Marson. A megfigyelések összevetése arra utal, hogy ősi mocsarak lehettek a térségben, ahol nagy mennyiségben keletkezett kéntartalmú homokkő. Az eredményeket a Science legutóbbi száma közölte. Egy másik, a Nature-ben megjelent cikk alapján hűvös, erősen sós vizek folyhattak a bolygó ősi felszínén, kialakítva a jól ismert völgyeket. Mindez megerősíti, hogy az ősi Mars vizes környezet volt, ahol akár az élet is megjelenhetett.

Mint arról nemrég beszámoltunk, a hematitban (vas-oxid) gazdag Meridiani-síkság területén az Opportunity rover kikászálódott az eddig meglátogatott legnagyobb becsapódásnyomból, a Viktória-kráterből, amelyet két éven keresztül vizsgált. A szakemberek a kráterben látottakat összehasonlították a korábbi adatokkal, és megrajzolták a terület általános fejlődéstörténet.

Geológia a Marson

A 750 méter átmérőjű, közel 75 méter mély kráter a térség vastag, szulfátos homokkőből álló üledékes rétegsorában keletkezett egy meteorit becsapódásával. Peremét az erózió kicsipkézte, és néhol meredek belső falain közel 10 méteres vastagságban bukkannak elő a felszín alatti rétegek.

Az elemzés már a Viktória peremétől mesze megkezdődött, ugyanis a kráter körül egy 120-220 méter széles, a környezet fölé mindössze 4-5 méterrel kiemelkedő perem is megfigyelhető. Ez az alakzat a kráter egykor sokkal magasabb, ősi külső lejtőjének lepusztult maradványa. Az itt lévő anyagot tehát a robbanás mélyebbről dobta ki, azaz kevert és áthalmozott állapotban, de már itt is megfigyelhető volt a felszín alatt lévő kőzetanyag. A megvizsgált sziklák között a Madrid, a Guadarrama és a Cercedillanévre kissé eltér a környezetétől, feltehetőleg a mélyből, a kráter aljzatának közeléből repültek ki a felszínre.

A Viktória-kráter Cape Verde névre keresztelt részének keletre néző fala (NASA, JPL)

A kráterfal belső, kibukkanó anyagában sikerült elkülöníteni a becsapódás előtti és utáni képződményeket (lásd a fenti képen). Felül a kidobott és visszahullott töredékek alkotnak kaotikus halmot, amely egy élesen elkülönülő rétegre telepedett: ez az egykori, a becsapódás előtti felszín. Az egykori felszín alatt töredezett, de az eredeti helyén maradt tömbök következnek (ezeket a robbanás megtörte, de el nem mozdította), még lejjebb pedig folytonos és összefüggő kőzet mutatkozik. Az összefüggő kőzetanyagban a lerakódásakor uralkodó állapotok, elsősorban a szél nyoma mutatható ki. Ez mozgatta, szállította a finom homokot. Nagyobb töredékek itt nem mutatkoztak. Néhol az áramló közegben lerakódó anyagra jellemző keresztrétegzés, máshol párhuzamos finom rétegzés megfigyelhető.

Ősi mocsaras térség

Egyéb megfigyelésekkel összevetve feltehetőleg egy ősi mocsaras partvidék volt a térség, ahol a felszín alól sok víz tört fel. A források vizéből kiváló anyagok lerakódtak a térségben, ahol aztán a szél is mozgatta a szemcséket.

A lerakódott anyagokban néhol egykori eróziós felszín is megjelenik, amely az ősi lepusztulás nyomait őrzi. Itt az egykor kibukkanó rétegek pusztultak, de aztán a homok ismét halmozódni kezdett. Elsődleges vulkanikus anyagok nem mutatkoznak, tehát a térségben feltehetőleg a szél által idehordott, valamit a vizekből itt kivált anyagok halmozódtak fel. Az eredeti felszíntől lefelé vízszintesen eltérő színű és albedójú sávok mutatkoztak, amelyek eltérő kémiai átalakulás nyomát képviselik, feltehetőleg szintén vízzel kapcsolatban.

Az Opportunity rover útvonala a kráter peremén (NASA, JPL, UA)

Az Opportunity a síkságon felfedezett, apró és sötét, hematitban gazdag gömböket is részletesen vizsgálta. A Viktória-kráternél lefelé haladva a mélységgel párhuzamosan növekedett ezek mérete, ami az egykori környezetben jellemző eltérésekre utalhat.

A Viktória-kráternél sikerült egy újabb meteoritot azonosítani: a 11x14 centiméteres Santa Catarina szikláról derült ki, hogy vasban szokatlanul gazdag, kozmikus látogató - összetétele a néhány kilométerre talált Barberton nevű sziklához hasonlított, amely szintén az úgynevezett mezosziderit meteoritok csoportjába tartozik. Az elsőként talált, Meridiani Planum névre keresztelt meteorittal együtt immáron három kozmikus eredetű kődarabot azonosított az Opportunity.

A Cape St. Vincent kibukkanás

A rover eddig három becsapódásos krátert vizsgált meg részletesebben a leszállóhelyén: a 7,5 méter átmérőjű Eagle-krátert (amelynek véletlenül épp a belsejében landolt), később az Endurance-kráter részletesebb elemzésére is sor került, amelybe a rover behajtott, akárcsak a tőlük közel 6 kilométerre lévő Viktória-kráterbe.

Kiterjedt vizes környezet

A három becsapódásnyomnál nyert eredményeket összevetve kijelenthető, hogy azok hasonló felszín alatti kőzeteket tárnak fel. Az összetétel teljesen nem egyezik meg, amit talán az magyaráz, hogy egymáshoz viszonyítva a Viktória kőzetei az Endurance felett találhatók. Mindkét kráternél a rétegsorban lefelé haladva csökken a kén, a vas és a magnézium aránya, közben növekszik az alumínium és a szilícium aránya. A klór aránya is sokkal magasabb volt az alsó részeken, mint egy éles határ feletti rétegekben.

Mindezek alapján a leginkább nedves viszonyok a kőzetrétegek lerakódásának elején lehettek jellemzőek, és később száraz állapotok uralkodtak. A bazaltos kőzettel savas vizek léphettek kölcsönhatásba, emiatt szulfátok váltak ki. Eközben homokszemekké aprózódott az anyag, amelyet a szél mozgatott és dűnékbe halmozott. A későbbiekben a felszín alatti vizek játszottak fontos szerepet a cementációban, még később pedig a szél próbálta tovább alakítani a vidéket.

Mivel a Viktória- és az Endurance-kráterben is találtak hasonló, egykori vizes környezetre utaló nyomokat, az ősi vízborítás és a későbbi felszín alatti vizes környezet kiterjedt, regionális lehetett a térségben.

Az Opportunity továbbra is jó állapotban van, és lassan közeledik a korábban vizsgáltaknál sokkal nagyobb, 22 kilométeres Endeavour-kráterhez. Eközben a Spirit sajnos még mindig a laza marstalajba ragadt kerekekkel vár arra, hogy a földi irányítók kitalálják, miként szabadulhat ki csapdájából.

Sósak lehettek az ősi Mars vizei

A marskutatás egyik régi problémája, hogy a jelenleg sivatagos bolygó idős felszínformái között sok folyásnyom akad, amelyek áramló víz hatására alakulhattak ki - ezt nevezik víz-paradoxonnak. Emellett az elmúlt években agyagásványokat is azonosítottak a bolygón, amelyek szintén meleg és nedves környezetre utalnak.

Ugyanakkor az ősi, viszonylag magas hőmérséklet magyarázata problémás: Napunk ugyanis kezdetekben közel 30%-kal kevesebb energiát bocsátott ki, mint jelenleg. Valahogy mégis felmelegíthette a vörös bolygót - utóbbihoz a mainál sokkal erősebb üvegházhatást, illetve erős belső, geotermikus hőt feltételeznek a szakemberek.

Azonban a fenti modellek nem egyértelműek: a több üvegházgáz hatása és tartós légköri jelenlétének mikéntje pontosan nem ismert. A kutatók üvegházgázként a mainál több CO₂-ot, esetleg még CH₄, NH₃, SO₂, H₂S gázokat feltételeznek a légkörben - de ezek sem oldják meg egyértelműen a problémát.

Ősi sóoldatok mélyítették a marsi völgyeket? (Forrás: ESA, DLR, FU, Neukum)

Alberto Fairén (NASA Ames Research Center) és kollégái a Nature-ben nemrég közölt cikkük alapján úgy gondolják, hogy az ősi Mars sem volt annyira meleg, mint eddig feltételeztük - felszíni hőmérséklete ritkán érte el a nulla Celsius-fokot.

Modelljükben azt vizsgálták, hogy a bolygón elterjedt bazalt mállásakor milyen anyagok szabadulnak fel, és jutnak a vizekbe. Az így keletkező oldatok fagyáspontja jelentősen, akár -50 Celsius-fokig is lecsökkenthet. Ha a mai földinél kétszer nagyobb légnyomást produkált az ősi légköri szén-dioxid a Marson, az kb. -30 Celsius-fokos felszíni hőmérsékletet hozott volna létre - a fenti anyagokkal szennyezett vizek ekkor is folyékonyak lehettek, és folyókat, tavakat, esetleg északon egy hatalmas óceánt alkothattak.

Ezekből a hűvös folyadékokból kiváló szulfátok és kloridok, valamint az általuk hidratált sók és a mállással keletkezett agyagok sok helyen figyelhetők meg ma a bolygón. A csökkenő hőmérséklettel párhuzamosan a sajátos összetételű vizekből ugyanis -10 Celsius-fok környékén sok agyag keletkezett volna, míg a hatalmas szulfátos telepek még nagyobb hidegben, főleg -30 Celsius-fok környékén váltak volna ki. A nemrég megfigyelt hematit, jarozit és gipsz is könnyen kiválhatott a fenti vizekből.

A fentiekben vázolt teória tehát nulla Celsius-fok alatti hőmérsékleten is megmagyarázza a sok folyásnyom és mállástermék létét, azonban egyelőre csak modellközelítésnek tekinthető. Az egykori felszíni körülmények biztos rekonstruálásához még ez sem elegendő.

Az Oportunity eredményei és a fenti, sós vizekkel kapcsolatos modell is megerősíti, hogy az ősi Marson gyakori lehetett a folyékony víz. Mindennek pontos következménye az élet esetleges kialakulása szempontjából ma még nem ismert. A sós vizek révén a kémiai átalakulásoknak kedvező folyékony közeg elterjedt volt, azonban a hideg miatt a kémia reakciók lassabbak lehettek a Földön jellemzőnél. A fentiekben modellezett vizek sótartalma 5-6% körüli, tehát nem sokkal nagyobb a földi világtengerben jellemző átlagos 3,5%-nál - vagyis az élet keletkezése szempontjából nem nevezhető kellemetlennek.