Modder op Mars

Het recente rumoer over water op Mars heeft het raadsel niet opgelost. Hoe kan water diep onder het oppervlak geulen doen ontstaan? Marskenner Michael Carr houdt het op grondverschuivingen.

Weer was er een Nasa-persconferentie waarop een wetenschappelijk doorbraak werd gepresenteerd die later weer stilletjes is weggepoetst. In februari 1992 kondigde bijvoorbeeld de Nasa, tot ontsteltenis van Europese ozon-onderzoekers een noordelijk ozongat aan dat zich tot over Washington zou uitbreiden. In augustus 1996 waren duidelijke sporen van leven in een Marsmeteoriet gevonden en eind juni 2000 berichtten Nasa-onderzoekers dat er stromend water was gezien op Mars. Nu ja: er waren geulen in de bodem gezien die nog maar net konden zijn gevormd. Of preciezer gezegd: vast niet langer geleden dan een paar miljoen jaar geleden.

Het was een afgedwongen persconferentie. De essentie van een voor Science (30 juni) bedoeld artikel was uitgelekt en werd door internet-station www.space.com voortijdig op het net gezet. De kern van het nieuws was dat op tamelijk veel recente foto's van de Mars Global Surveyer (MGS) in steile berg- en kraterhellingen kleine geulen waren gezien die niet anders dan door stromend water konden zijn uitgeslepen. In tamelijk jonge geologische formaties en vooral op koude hellingen die van de zon afwezen (dat is: noordgericht op het noordelijk halfrond, zuid in het zuiden). De geulen begonnen vlak onder het Mars-oppervlak.

Op de persconferentie lieten de onderzoekers Michael Malin en Kenneth Edgett zich door hun eigen enthousiasme meeslepen: de geulen zijn misschien maar een paar miljoen jaar oud en we kunnen niet uitsluiten dat ze pas gisteren zijn gevormd. En dat we morgen opeens een nieuwe geulen zien ontstaan, dat zou helemaal leuk zijn! In het Science-artikel zelf hadden ze zich wat de leeftijd van hun geulen betreft zorgvuldig op de vlakte gehouden.

Dat moest wel tot misverstanden aanleiding geven. Marswater-expert number one Michael Carr, die voorheen wel samen met Malin publiceerde, zei beleefd dat hij de resulaten opwindend vond maar dat de verklaringen hem te ver gingen. Zijn scepsis kreeg geen aandacht.

Carr, auteur van het gezaghebbende, zeer gedetailleerde maar toch heel leesbare `Water on Mars' (Oxford University Press, 1996) wist dat er eigenlijk niets nieuws was gemeld. De foto's van de Global Surveyor hadden een hogere resolutie dan die welke de onvolprezen Viking-satellieten tussen 1976 en 1980 maakten maar droegen voorlopig nog weinig bij aan de oplossing van Mars' grote waterraadsel dat hijzelf, nog uitsluitend aan de hand van Viking-foto's, uitputtend had beschreven.

Dat raadsel was al eind 1971 dankzij de Mariner 9 in beeld gekomen maar werd pas pregnant toen de Vikings vijf jaar later hun scherpe foto's terugseinden. Tot dusver had Mars, afgezien van de poolkappen en een enkele stofstorm veel op de maan geleken, met minstens zoveel inslagkraters, maar steeds duidelijker kwam er iets in beeld dat op de maan ontbrak: rivierbeddingen, sommige met reusachtige afmetingen. In een geologisch ver verleden had vrij water over Mars gestroomd. Omdat de aanwezigheid van water als voorwaarde voor `leven' wordt beschouwd onstond er onmiddellijk een geweldige aandacht voor de interpretatie van de foto's. Het is een aparte discipline geworden met zijn eigen pikeurs en Carr is er zo een.

Het eerste, meest bescheiden deel van het waterraadsel bestaat uit de waarneming dat Mars nú nergens warm genoeg wordt om water aan het opervlak te laten stromen. Hoeveel water de planeet bij zijn vorming, 4,6 miljard jaar geleden, ook meekreeg van al die samenklonterende meteorieten en stofdeeltjes, alleen in de diepste diepte van de Mars-korst kan het vloeibaar zijn. Tamelijk eenvoudige berekeningen, die de door de Viking-landers gemeten lage waterdampspanning als sterkste uitgangspunt hebben (en waarin verder aannames worden gedaan over zonlicht-weerkaatsend vermogen en de warmtegeleiding van de bodem) laten zien dat water aan het Mars-oppervlak alleen als gas (damp) of als ijs kan voorkomen. Als ijs zet het zich af op de polen als daar de lokale winter invalt. Het wordt er ten slotte door een deken van koolzuursneeuw afgedekt tot de lente weer aanbreekt.

In een brede strook rond de evenaar is het bij de aannemelijk temperatuur en waterdampspanning net niet koud genoeg om er ijs in stand te houden. Het zou er verdampen en de waterdamp zou wegtrekken naar de koudere delen van Mars. Als Mars veel water behouden heeft zit het als ijs onder hogere breedte, dat lijkt wel zeker. Inderdaad zijn daar ook permafrost-achtige verschijnselen te vinden die doen denken aan Siberië en Alaska.

De meeste rivierdalen en -beddingen blijken geologisch gezien heel oud te zijn. Dat wordt afgeleid uit de grote hoeveelheid inslagkraters in het deel van het Marsoppervlak waar ze voorkomen. Meteoriet-inslagen waren kort na het ontstaan van de planeten veel algemener dan nu en oppervlakten waar weinig inslagkraters zijn te vinden moeten dus wel jong zijn. Van belang is dat wetenschappers met sporen van heel oude rivieren eigenlijk geen moeite hebben. Het is aannemelijk dat Mars vroeger warmer was, bij voorbeeld doordat de atmosgeer dikker was en/of doordat de as van de planeet minder scheef stond dan nu. En er zijn nog meer theorieën.

Een volgend deel van het waterraadsel is meer kwantitatief van aard: niemand weet hoeveel water er op Mars verwacht mag worden. Omdat Mars niet, zoals de aarde, een platentektoniek heeft (waarbij voortdurend oppervlakte-materiaal naar de diepte wordt afgevoerd en weer smelt) mag worden aangenomen dat de ontelbare meteorietinslagen een heel poreus soort bodem hebben achtergelaten: een `mega-regoliet'. Berekeningen (met in situ waarnemingen aan de maan als leidraad) maken aannemelijk dat het bergend volume van de regoliet enorm is en dat er zelfs op enige kilometers diepte nog water in de poriën van de Masrsbodem zou kunnen zitten. Dat is zo diep dat het er, gezien de aanvoer van warmte uit de diepte, in vloeibare vorm zou kunnen zitten. Of dat ook zo is staat niet vast.

Het meest intrigerender deel van het waterraadsel komt van de vraag wàt er eigenlijk stroomde toen de rivierdalen en rivierbeddingen in het geologisch verleden werden gevormd. En waaròm het stroomde. Op de Viking- en Global Surveyer-foto's zijn twee soorten opgedroogde riviersystemen te zien: de eerste en meest zeldzame worden `outflow channels' of `flood channels' genoemd. Het zijn beddingen van een onaardse breedte die meestal abrupt en op volle breedt beginnen in zogenoemd `chaotisch terrein' en in veel vertakkingen eindigen. Aangenomen wordt dat ze ontstonden toen grote ondergrondse, door ijs afgedekte waterbekkens onder invloed van vulkanisme of een meteorietinslag of door het breken van een natuurlijke dam plotseling leegliepen. De outflow channels kunnen zowel in een warm als een koud klimaat zijn ontstaan.

Meer algemeen zijn wijdverbreide netwerken van rivierdalen (`valley networks') die op het eerste gezicht sterk lijken op aardse stelsels van rivierdalen. Ze beginnen, zoals op aarde, met een aanvoer uit verschillende kleine stroompjes die zich verenigen tot een hoofdstroom die later weer vertakt. Maar nadere beschouwing leert dat de Mars-dalen op heel belangrijke punten verschillen van aardse dalen. Carr meent onder (veel) meer aan het dwarsprofiel te zien dat hetgeen voor rivierdalen wordt aangezien in feite zeer brede beddingen zijn. En door die beddingen stroomde volgens hem geen water maar waterhoudend sediment, modder zo men wil. `Het was het dal zelf dat door het dal bewoog.' Hoe dat laatste precies in zijn werk ging is nog voorwerp van speculatie. Het is denkbaar dat waterbeweging diep onder het sediment het sediment meevoerde.

Het aantrekkelijke van Carr's theorie van `mass wasting' is dat zij toestaat dat beddingen ook bij de huidige lage temperaturen ontstaan. Want het was ook Carr niet ontgaan dat een aantal beddingen door zeer jonge delen van het Mars-oppervlak loopt.

Het soort kleine, jonge geultjes dat Malin en Edgett nu in Science behandelen had Carr ook al zijdelings ter sprake gebracht. Het zijn er meer dan hij destijds aannam, ze zijn ook misschien jonger en ze ontspringen wat dichter onder het Mars-oppervlak, maar als zodanig voegen ze weinig toe aan het probleem waarmee ze de onderzoeker opzadelen: hoe kan water in hemelsnaam bij de heersende felle kou zo dicht aan het oppervlak vloeibaar zijn geweest. Carr zocht een oplossing in ondergrondse warmtebronnen, in hydrothermische activiteit, maar Malin en Edgett wijzen dat af, overigens zonder sterke onderbouwing, en plaatsen er een heel geforceerde hypothese tegenover. Vooralsnog lijkt het waterraadsel alleen maar groter te zijn geworden.