We weten dat een warm en vochtig Mars plaatsmaakte voor een koud en droog Mars. Maar dat is niet het hele verhaal…

Astronomen zijn erg geïnteresseerd in het klimaat dat in vervlogen tijden op Mars heerste. Want hoewel de rode planeet nu een droge en ijskoude woestijn voorstelt, weten we dat Mars ooit water herbergde en over een dikkere atmosfeer beschikte. Het betekent dat de planeet er destijds een stuk vriendelijker voor microbieel leven uitzag dan nu. Onderzoekers proberen door hedendaags voorkomende chemische elementen op Mars puzzelstukjes over de geschiedenis van Mars samen te voegen. Want op die manier hopen ze meer over deze interessante planeet te leren die ooit over de juiste omstandigheden beschikte om leven te herbergen.

Geschiedenis van Mars
Wat we weten, is dat warme en vochtige omstandigheden vervolgens hebben plaatsgemaakt voor een koud en droog Mars. Maar daar tussenin is ontzettend veel gebeurd. “Op een gegeven moment moet er een overgang hebben plaatsgevonden maar hoe en wanneer dat precies gebeurde, is nog steeds een mysterie,” zegt onderzoeker Heather Franz. Het betekent dat we nog steeds niet helemaal begrijpen hoe en wanneer Mars is uitgedroogd. Om dit vanaf 225 miljoen kilometer afstand te proberen te doorgronden, is een moeizaam en ingewikkeld proces dat toch de meeste wetenschappers niet afschrikt. Ondertussen breidt de kennis over Mars zich uit, waardoor de geschiedenis van Mars stukje bij beetje wordt ontrafeld (zie kader). Dit heeft geleid tot een aantal prangende vragen waar onderzoekers zich nu het hoofd over breken: Was de oude atmosfeer van Mars bijvoorbeeld dik genoeg om de planeet op te warmen en dus nat te houden, zodat er genoeg tijd was voor leven om te ontkiemen en zich te ontwikkelen? En de gevonden organische verbindingen op Mars: zijn dit tekenen van leven of hebben deze een geologische oorsprong en komen ze voort wanneer Martiaanse rotsen een wisselwerking aangaan met water en zonlicht?


Water

Bekend is dat Mars ooit een waterige wereld was. Zo zijn er duidelijk tekenen te zien die er op wijzen dat er ooit grote hoeveelheden water over de planeet vloeide. Valleien, bekkens en vertakkingen zijn hier voorbeelden van. Ook trof marsrover Curiosity bewijs voor langlevende meren aan, waar de rover organische verbindingen opgroef; ofwel, bouwstenen voor leven. De combinatie van vloeibaar water en organische verbindingen dwingt wetenschappers om op Mars te blijven zoeken naar tekenen van – voormalig – leven.

In een nieuwe studie hebben onderzoekers zich over verzamelde monsters van NASA’s marsorver Curiosity gebogen om mogelijk deze vragen te kunnen beantwoorden. Curiosity rolt al sinds augustus 2012 door de Gale-krater in de hoop om meer over het verleden van de rode planeet te leren. Dit doet de rover mede door in de Marsbodem te boren en monsters van het gesteente te nemen. Curiosity kan de chemische samenstelling van gesteente analyseren door het met zijn boor te verpulveren en de monsters vervolgens in een klein laboratorium dat hij meedraagt in zijn ‘buik’ op te nemen. Hier bevinden zich 74 kleine bekertjes die worden gebruikt om monsters te testen. De meeste bekers functioneren als oventjes die de stalen verwarmen. Op die manier hoopt Curiosity bepaalde chemicaliën te vinden die aanwijzingen kunnen geven over hoe het klimaat er miljarden jaren geleden op Mars uitzag.

Mineralen
Het team ontdekte dat bepaalde mineralen gevonden in rotsen nabij de Gale-krater zich mogelijk hebben gevormd in een met ijs bedekt meer. Deze mineralen zijn mogelijk gevormd tijdens een koude fase, ingeklemd tussen warmere periodes op Mars of net nadat Mars het grootste deel van zijn atmosfeer verloor en permanent koud begon te worden. Bewijs voor deze koude omgeving op Mars vond het team nadat ze in verzamelde monsters de gassen CO2 en zuurstof aantroffen. Franz merkt op dat factoren zoals veranderingen in Mars’ schuine stand en de hoeveelheid vulkanische activiteit ertoe hebben kunnen leiden dat het klimaat op Mars in de loop van de tijd veranderde van warm naar koud. Deze theorie wordt ondersteund door chemische en mineralogische veranderingen in het Marsgesteente, wat aantoont dat sommige lagen in koudere omgevingen zijn gevormd en andere in warmere.


Atmosfeer van Mars
Toch zijn er nog veel mysteries, zoals de atmosfeer van Mars. Verschillende studies hebben bijvoorbeeld aan het licht gebracht dat de oude atmosfeer van Mars – die voornamelijk uit CO2 bestond – veel dikker was dan die van de aarde vandaag de dag. Het meeste is waarschijnlijk de ruimte in gelekt, al kan een deel ook in de vorm van carbonaten – mineralen bestaande uit koolstof en zuurstof – opgeslagen zijn in Martiaanse rotsen. Op aarde worden carbonaten geproduceerd wanneer CO2 uit de lucht wordt opgenomen in water zoals oceanen, dat vervolgens mineraliseert tot rots. Wetenschappers denken dat ditzelfde proces ook op Mars heeft plaatsgevonden. Dit zou kunnen helpen verklaren wat er met een deel van de atmosfeer van Mars is gebeurd. Toch hebben missies naar Mars niet genoeg carbonaten aangetroffen om de theorie over een vervlogen dikke atmosfeer te ondersteunen. Deze geringe hoeveelheid carbonaten op Mars is raadselachtig. Het betekent wellicht dat de vroegere atmosfeer misschien dunner was dan gedacht. Of misschien slaat iets anders de ontbrekende atmosferische koolstof op.

Afbeelding van de koolstofcylcus op Mars. Afbeelding: Lance Hayashida/Caltech

Oxalaat
Op basis van een analyse suggereren de onderzoekers dat sommig koolstof zou kunnen zijn opgenomen in andere mineralen, zoals in oxalaat. Deze hypothese is gebaseerd op de temperaturen waarbij CO2 uit sommige monsters in de buik van Curiosity vrijkwam. Oxalaat is het meest voorkomende organische mineraal dat door planten op aarde wordt geproduceerd. Maar oxalaten kunnen ook door andere processen dan biologische worden geproduceerd. Zo kan het bijvoorbeeld ook door een interactie van atmosferische CO2 met oppervlaktemineralen, water en zonlicht ontstaan in een proces dat bekend staat als abiotische fotosynthese. Deze chemie is lastig te vinden op aarde omdat hier leven overvloedig aanwezig is, maar Franz hoopt samen met haar team abiotische fotosynthese in het laboratorium na te bootsen om erachter te komen of dit mogelijk verantwoordelijk is voor de koolstofchemie die we in de Gale-krater zien.

Zelfs als blijkt dat dit abiotische proces verantwoordelijk is voor het opslaan van koolstof uit de atmosfeer in gesteente nabij de Gale-krater, dan nog zouden de onderzoekers andere plekken op Mars willen bestuderen om te begrijpen of de bevindingen uit de Gale-krater een globaal beeld weerspiegelen. En mogelijk krijgen ze daar de kans voor. Aankomende juli zal namelijk de Perseverance Marsrover worden gelanceerd. De rover zal voet zetten in de Jezero-krater; een 45 kilometer groot gebied iets ten noorden van de Martiaanse evenaar. Perseverance zal tijdens zijn missie monsters nemen die in een later stadium – tijdens een toekomstige Marsmissie – terug naar de aarde gebracht kunnen worden, waarna wetenschappers de Martiaanse bodem van dichtbij kunnen bestuderen.