Mars gömde en enorm ocean – forskare hittar bevis som ändrar allt

Vatten på Mars: från torr ödemark till havsplanet

Mars har länge misstänkts ha haft en vattnig historia, men nu dyker det upp ett spår som kanske kan lösa detta mysterium en gång för alla.

Geologer och planetforskare har i åratal diskuterat huruvida Mars någonsin haft ett riktigt ocean – eller bara spridda sjöar och floder. En forskargrupp föreslår nu ett helt annorlunda perspektiv på planetens topografiska data. Istället för att leta efter gamla kustlinjer har de fokuserat på en struktur som på jorden är betydligt mer stabil och bevaras mycket bättre i det geologiska arkivet: den marsianska motsvarigheten till en kontinentalsockel.

Forskarna är numera nästan överens om ett: för miljarder år sedan rann flytande vatten på Mars. Detta bekräftas av orbiterfotografier, roveranalyser och klimatmodeller. Man kan se gamla flodbäddar, delta och avlagringar kopplade till långvarig vattenströmning. Det är en helt annan bild än den nuvarande, iskalla öknen med en tunn atmosfär.

Det som diskussionen handlar om är omfattningen av detta vattniga kapitel. Fanns det bara en period med många sjöar och floder, eller fanns det ett enormt ocean på norra halvklotet som täckte upp till en tredjedel av planetens yta? En ny terränganalys tyder på att det mer vågade scenariot blir allt mer sannolikt.

Varför Mars gamla kustlinjer inte passade in i pusslet

I åratal försökte forskare kartlägga det förmodade kustlinjeförloppet för ett urhav med hjälp av terrängelement som påminde om kustlinjer: branter, terrasser och karakteristiska kanter. Dessa strukturer låg faktiskt fördelade i ett brett bälte runt stora delar av norra halvklotet.

Problemet uppstod när man började mäta deras höjd. På jorden refererar havsnivån till samma gravitationsyta, så kustlinjer ligger globalt sett ungefär i samma höjd. Det borde vara motsvarande på Mars. Ändå varierade de förmodade marsianska ”kusterna” med åtskilliga kilometer i höjd – en enorm diskrepans som är svår att förena med en plan havsyta.

Två övergripande förklaringar uppstod för att lösa detta problem:

• Betydande förskjutning av planetens skorpa till följd av en förändring i rotationsaxelns position (så kallad polvandring),
• kraftiga deformationer av skorpan orsakade av våldsam vulkanism i Tharsis-regionen och bildningen av massiva vulkaner som Olympus Mons.

Båda förklaringarna redogör för delar av datan, men eliminerar inte alla diskrepanser. Tanken dök därför oftare och oftare upp att några av de strukturer man antog var gamla kuster kanske inte alls var det. Det ledde till beslutet att leta efter ett helt annat och mer entydigt spår.

På jakt efter ett topografiskt avtryck som är svårt att ifrågasätta

Forskargruppen ställde sig frågan: Vilken geologisk struktur skulle utgöra det bästa ”fingeravtrycket” av ett gammalt ocean, om man betraktade jorden från Mars perspektiv och avlägsnade alla nuvarande hav? Svaret söktes genom numeriska simuleringar. Forskarna torrlade virtuellt jordens oceaner och analyserade vad som skulle förbli tydligast för en hypotetisk extern observatör efter hundratals miljoner eller miljarder år av erosion.

Den mest karakteristiska signalen visade sig inte vara själva kustlinjen, utan snarare den breda, relativt platta hyllan som omger kontinenterna – kontinentalsockeln.

På jorden är kontinentalsockeln ett bälte av havsbotten som omger kontinenterna med ringa djup jämfört med det öppna oceanen. Den bildas genom långsam avlagring av material från floder och kuster och bildar med tiden ett tjockt paket av sediment. En sådan struktur:

• är utbredd och förhållandevis platt,
• upprätthålls trots förändringar i havsnivån,
• kräver lång tids existens av en stor vattenbassäng,
• uppstår inte kring vanliga sjöar.

Om något liknande kan hittas på Mars blir det ett starkt argument för ett stort, långvarigt ocean – och inte bara periodiska hav eller översvämmade slätter.

Den marsianska kontinentalsockeln: Så identifierades den

Efter att ha fastställt ”mönstret” från jorden gick forskarna i gång med att analysera Mars topografiska data. De använde detaljerade höjdkartor, skapade på grundval av mätningar från sonder i kredslopp om planeten. De letade efter breda, relativt platta zoner som omger de lägre belägna områdena på norra halvklotet – de platser där ett ocean enligt tidigare hypoteser kunde ha utbrett sig.

Analysen avslöjade en struktur som passar mycket väl till den förväntade formen av en kontinentalsockel. Den bildar ett vidsträckt bälte med små höjdskillnader, fördelat på ett sätt som antyder en naturlig gräns mellan ett hypotetiskt ocean och det högre belägna landet.

På grundval av denna strukturs förlopp rekonstruerade forskarna området för en urtidens vattenbassäng som fyllde ungefär en tredjedel av Mars yta – primärt på norra halvklotet.

Denna fördelning stämmer mycket väl överens med den tidigare observerade ”tvåplattheten” på Mars – lägre terräng mot norr och högre belägna områden mot söder, som påminner lite om jordens kontinenter.

Skillnaden mellan ett ocean och en stor sjö

Det avgörande är att en struktur motsvarande en kontinentalsockel inte uppstår vid en kortvarig vattenbassäng. Det kräver miljoner år av sedimentackumulering och relativt stabila förhållanden. Det utesluter scenariot med ett grundt, instabilt hav med växlande vattenstånd och pekar istället mot ett verkligt långvarigt ocean som fungerade under en stor del av planetens tidiga historia.

Vad ett sådant ocean betyder för Mars tidigare klimat

Om Mars verkligen hade en enorm, stabil vattenbassäng förändrar det fullständigt bilden av planetens klimat i det förflutna. Det öppnar för en vision om en planet med en hydrologisk cykel som liknade jordens mycket mer: avdunstning, moln, nederbörd och floder som transporterade sediment till oceanen.

Det betyder också att atmosfären då måste ha varit långt tätare och rikare på värmefångande gaser – annars skulle vattnet snabbt ha frusit till eller avdunstat ut i rymden. En sådan period med en ”ung, fuktig Mars” kunde ha varat hundratals miljoner år och skapat gynnsamma betingelser för organisk kemi och eventuella enkla livsformer.

Var på Mars är det bäst att leta efter spår av tidigare liv

På jorden är kontinentalsockelzoner några av de biologiskt rikaste regionerna överhuvudtaget. Grunt vatten, tillströmning av näringsämnen från land och god ljusexponering – det är en blandning som främjar rikt liv, från bakterier till komplexa ekosystem. Det är därför inte förvånande att forskarna nu tittar med stort intresse på den marsianska motsvarigheten till denna zon.

Om det någonsin uppstod mikroorganismer på Mars skulle kontinentalsockeln vara en av de mest lovande platser där produkter av deras aktivitet kunde ha bevarats i sedimenten. Framtida missioner som kan ta ut prover från detta område och undersöka dem i laboratorium med avseende på sedimentstruktur och eventuella biologiska spår blir därför avgörande.

Ett direkt bevis kan först komma från analys av sedimentlager: texturer, kemisk sammansättning och eventuella strukturer som är svåra att förklara utifrån icke-biologiska processer.

Rovarnas roll och framtida missioner för att verifiera det nya scenariot

Nuvarande rovrar, däribland Perseverance som arbetar i Jezero-kratern, undersöker redan sedimentbergarter bildade i urtida sjöar och delta. Data från sådana platser kan jämföras med framtida mätningar från den förmodade marsianska kontinentalsockelregionen. Om vi observerar en motsvarande typ av långvariga, lagrade sediment får tesen om ett ocean nytt stöd.

Nästa steg blir att föra prover till jorden som led i planerade Mars Sample Return-missioner. Endast i välutrustade laboratorier är det möjligt att fånga upp mycket subtila spår av tidigare mikroorganismer – till exempel specifika isotopförhållanden eller mikrostrukturer som påminner om bakteriella mattor.

Varför kontinentalsockeln är ett så viktigt spår

Kontinentalsockeln fungerar som en slags ”svart låda” för det gamla oceanen. Genom miljoner år samlar den ett arkiv av sediment som sjunker ner från vattenpelaren, sköljer in från land och ibland bildas av levande organismer. Även när havsnivån därefter förändras förblir många av dessa lager på plats – endast delvis ombildade.

På Mars kan en sådan plats gömma en uppteckning av en hel epok då planeten var långt mer hydrologiskt aktiv. Uppstod det enkla livsformer under den perioden är det just i sockelns sediment som de bästa betingelserna finns för att något från den tiden kan ha överlevt fram till idag. Vi talar naturligtvis om indirekta spår – mineraliska strukturer eller kemiska signaler – snarare än ”fossiler” i jordisk bemärkelse.

Det är värt att komma ihåg att själva närvaron av ett gammelt ocean inte garanterar livets uppkomst. Det krävs också rätt grundämnen, stabila temperaturförhållanden och energikällor. Mars uppfyllde med sin intensiva vulkanism och mineralrika skorpa en del av dessa krav. Frågan är om de gynnsamma betingelsernas varaktighet var tillräckligt lång för att de kemiska processerna nådde tillräckligt långt.

För planetforskare har en sådan rekonstruktion av Mars förflutna ännu en dimension: den hjälper oss att bättre förstå andra stenplaneter utanför solsystemet. Om en närliggande planet genomgick resan från en vattnig, relativt vänlig miljö till en torr ödemark utgör det en viktig referenspunkt i analysen av avlägsna klot där vi likaså letar efter spår av vatten och potentiella livsgunstiga zoner.