Maar wat het is? Wetenschappers hebben geen idee.

De Gale krater op Mars zit vol verrassingen. Dat blijkt maar weer uit een nieuwe studie verschenen in het vakblad Journal of Geophysical Research: Planets. Voor het eerst is het onderzoekers gelukt om de seizoensveranderingen van de gassen die zich rechtstreeks boven de Gale-krater ophouden, te meten. En tot grote verbazing van de onderzoekers blijkt de hoeveelheid zuurstof op vreemde wijze te fluctueren.

Samenstelling
In de afgelopen drie Marsjaren – ofwel bijna zes aardse jaren – heeft marsrover Curiosity de lucht in de krater gemeten. De Marsrover kan de samenstelling hiervan achterhalen door deze lucht als het ware in te ademen en vervolgens in een klein laboratorium dat hij meedraagt in zijn ‘buik’ te analyseren. Uit deze metingen blijkt dat 95 procent bestaat uit kooldioxide, 2,6 procent uit stikstof, 1,9 procent uit argon, 0,16 procent uit zuurstof en 0,06 procent uit koolmonoxide. Daarnaast blijkt uit deze metingen hoe de moleculen in de Marslucht zich met elkaar mengen waardoor de samenstelling gedurende het jaar een beetje verandert. Deze veranderingen worden veroorzaakt door afwisselende stijgingen en dalingen van de hoeveelheid CO2. In de winter bevriest dit gas waardoor de luchtdruk daalt. Maar in de lente en zomer verdampt CO2 juist waardoor het de luchtdruk verhoogt. Als reactie hierop stijgt en daalt ook de hoeveelheid stikstof en argon.


Opvallend
De onderzoekers hadden verwacht dat ook zuurstof zich aan dit seizoenpatroon zou houden. Maar opvallend genoeg blijkt dat niet het geval. In plaats daarvan stijgt de hoeveelheid zuurstof in de lucht gedurende de lente en zomer met wel 30 procent. Uit de metingen blijkt dat deze merkwaardige stijging jaarlijks terugkeert, al neemt de zuurstof telkens met andere waarden toe. In de herfst neemt de hoeveelheid zuurstof vervolgens weer rap af. Dit impliceert dat ‘iets’ deze zuurstof produceert maar later ook weer opruimt. “De eerste keer dat we dit zagen waren we verbijsterd,” aldus onderzoeker Sushil Atreya.

Vreemde fluctuaties van de hoeveelheid zuurstof in de Gale krater. Afbeelding: Melissa Trainer/Dan Gallagher/NASA Goddard

Verklaring
Natuurlijk ging het team gelijk op zoek naar een sluitende verklaring. Allereerst werd het instrument dat de metingen verricht aan een inspectie onderworpen. Maar daar blijkt niets mee aan de hand. Vervolgens bestudeerden de onderzoekers of wellicht de afbraak van CO2 of watermoleculen in de atmosfeer verantwoordelijk konden zijn voor de vreemde variaties van zuurstof. Maar ook dat bleek een doodlopend pad. De atmosfeer bestaat namelijk uit te weinig watermoleculen om de extra hoeveelheid zuurstof te kunnen verklaren en CO2 breekt te langzaam af om in zo’n korte tijd zoveel zuurstof te genereren. Ook de invloed van zonnestraling werd van tafel geveegd. En dus blijven er niet veel opties meer over. “We hebben echt moeite om dit uit te kunnen leggen,” zegt onderzoeksleider Melissa Trainer. “Ook het feit dat het zuurstof-gehalte niet elk jaar hetzelfde is doet ons vermoeden dat het niet te maken heeft met atmosferische dynamiek.”

Methaan
Het is niet voor het eerst dat onderzoekers op vreemde fluctuaties in de Gale krater stuiten. Astronomen zijn namelijk nog steeds bezig om het ‘methaanmysterie’ op te lossen. Net als variaties in de hoeveelheid zuurstof blijkt er ook een mysterieuze bron van methaan te zijn. Hoewel de hoeveelheid methaan per seizoen stijgt en daalt, blijkt dat die hoeveelheid in de zomermaanden om onverklaarbare redenen willekeurig piekt. Met de nieuwe zuurstofmetingen bij de hand, vraagt het team zich nu af of er een overkoepelende verklaring voor beide vraagstukken is.


Meer over het methaanmysterie
Methaan in de atmosfeer van Mars is maar een relatief kort leven beschoren: door toedoen van UV-licht gaat het naar verwachting hooguit 400 jaar mee. Als dat methaan niet wordt aangevuld, zou je dan ook verwachten dat de concentratie langzaam afneemt en het methaan bovendien – dankzij door winden ingegeven atmosferische vermenging – vrij uniform over de atmosfeer verspreid is. Maar dat is niet wat we op Mars zien. Daar blijkt de hoeveelheid methaan namelijk van tijd tot tijd en plek tot plek sterk te fluctueren. Zo heeft Curiosity de methaanconcentratie in enkele tientallen dagen tijd al eens op zien lopen van 0,7 ppb naar 7 ppb. Ook zijn er aanwijzingen dat de methaanconcentratie heel snel kan dalen. Het wijst erop dat er op de rode planeet processen spelen waarbij methaan in de atmosfeer wordt gebracht en er methaan uit de atmosfeer wordt gehaald. Maar om wat voor processen gaat het dan? Het zouden geologische processen kunnen zijn, waarbij methaan ontstaat door interacties tussen gesteenten en water. Maar het zou ook – en dat is natuurlijk veel opwindender – kunnen gaan om biologische processen. Zo weten we dat er op aarde heel wat microben te vinden zijn die methaan produceren.

Zuurstof en methaan kunnen zowel biologisch (door bijvoorbeeld microben) als op abiotische wijze (dus in afwezigheid van leven) worden geproduceerd. Wetenschappers overwegen nu alle opties, hoewel er geen overtuigend bewijs van biologische activiteit op Mars is. Helaas is Curiosity niet uitgerust met instrumenten die definitief kunnen uitmaken of de bron van het methaan of zuurstof op Mars biologisch of geologisch is. Het onderzoeksteam vermoedt echter dat we het antwoord moeten zoeken in de Marsbodem. Het is ten slotte bekend dat de bodem rijk is aan zuurstof in de vorm van verbindingen zoals waterstofperoxide en perchloraten. “We hebben nog niet één proces kunnen bedenken dat verantwoordelijk kan zijn voor de waargenomen hoeveelheid zuurstof,” zegt onderzoeker Timothy McConnochie. “Maar we denken dat het iets in de bodem moet zijn dat seizoensgebonden verandert.” De metingen met Curiosity gaan door. Want hoe meer gegevens er verzameld kunnen worden, hoe beter. In de tussentijd hoopt het team dat ook andere Mars-expert zich over het vraagstuk zullen buigen om naast het methaanmysterie nu ook het zuurstofmysterie op te kunnen lossen.