Bremzout, maar minder zuur

Water dat ooit stroomde, en andere chemicaliën maken waarschijnlijk dat er op Mars ooit iets leefde. Karel Knip

Veel op Mars is raadselachtig en meer dan de moeite van het onderzoeken waard. Maar twee vragen springen eruit: hoe heeft er ooit zoveel water over het Marsoppervlak kunnen stromen? En zijn er op de planeet, die in veel opzichten zo op de aarde lijkt, sporen van leven te vinden? Wie de laatste jaargangen van Science en Nature doorneemt ziet dat in bijna elk Marsartikel deze twee vragen opduiken. Wat was er met het water. En kon er ‘leven’ zijn.

Dat er ooit heel veel water over het Marsoppervlak stroomde is al bekend sinds de Mariner 9 in 1971 foto’s van de planeet terugstuurde waarop duidelijk droge rivierbeddingen en sporen van woest watergeweld te zien waren. Dat het werkelijk water was dat daar gestroomd heeft, en niet iets anders, staat inmiddels vast. Een flink deel van het water is als waterijs op en onder de polen en in de diepe ondergrond van Mars teruggevonden.

Het zijn die sporen van vloeibaar water en de aanwezigheid van het gas CO2 (het voornaamste bestanddeel van de ijle Marsatmosfeer) waarop de hoop gevestigd is dat er ook op Mars leven is ontstaan. Als dat water tenminste in een voldoende lange, aaneengesloten periode vloeibaar was. Leven ontstaat nu eenmaal niet van de ene dag op de andere, tenzij het door de inslag van een meteoriet – bijvoorbeeld een aarde-meteoriet – kant en klaar wordt aangevoerd.

Bij de heersende lage temperaturen op Mars kan water alleen vloeibaar zijn als het bremzout is, zouter dan de meeste organismen op aarde verdragen. Wie voorwaarden voor het ontstaan van Marsleven wil aantonen, zoekt water van redelijker samenstelling.

RITMISCHE AFWISSELING

Dat water is alleen vloeibaar als het niet te koud is. Een deel van de Marsartikelen in Science en Nature biedt de uitkomsten van modelstudies waarin is onderzocht of het vroeger op Mars ook inderdaad warmer was, desnoods lokaal. En het antwoord is: jazeker, om te beginnen heeft ook Mars zijn Milankovic-cycli, die – door variatie in asstand en baan – zorgen voor een ritmische afwisseling van koude en warme perioden. Toen de Marsas veel schever op zijn baan om de zon stond dan vandaag was het, zeker op de polen, aanmerkelijk warmer. Anderzijds is het heel goed denkbaar dat de inslag van een zware meteoor zoveel hitte opwekte dat een grote hoeveelheid ijs pardoes in water overging.

Sommigen hebben hun hoop gevestigd op een voorbij broeikaseffect. Niet van CO2 trouwens, omdat dat waarschijnlijk nooit in voldoen hoge concentratie aanwezig is geweest, zoals onder meer uit mineralogisch onderzoek blijkt. Maar vulkanen zouden bij voorbeeld veel SO2 (zwaveldioxide) in de atmosfeer hebben kunnen blazen (Science, 21 december 2007). En er zijn nog wel andere broeikasgassen denkbaar, zoals ammoniak en methaan.

Bovendien zou vulkanisme ook rechtstreeks, door overdracht van warmte, lokaal ijs tot smelten hebben kunnen brengen. Recent vulkanisme is wel als verklaring genoemd voor de scherpbegrensde droge beekbeddingen die door NASA- en ESA-satellieten op berghellingen zijn gefotografeerd en waarvan er sommige aantoonbaar nog heel jong zijn. Zelfs is aannemelijk gemaakt dat zich het afgelopen decennium nog nieuwe beddingen vormden: op de oudste foto’s ontbreken ze (Science, 8 december 2006).

Het probleem is: heel veel actief vulkanisme lijkt er in recente geologische tijden niet meer geweest te zijn. Er zijn genoeg vulkanen te zien, maar de hellingen daarvan zijn zo pokdalig van de meteorietinslagen dat eruit wordt afgeleid dat ze oeroud zijn. Maar Nature van 23 december 2004 toonde een foto van een vulkaanhelling waarin nog nauwelijks meteorieten waren ingeslagen. Op grond daarvan wordt hij op minder dan twee miljoen jaar oud geschat.

Nasa’s Phoenix-lander, die van mei tot november 2008 onderzoek deed binnen de noordpoolcirkel van Mars, stelde vast dat de waterdampspanning rond zijn standplaats hoog genoeg was om vloeibaar water te mogen verwachten als de temperatuur voldoende hoog werd.

PH-WAARDEN

Dat het ijs op Mars ooit vloeibaar was, hoeft dus helemaal niet zo te verbazen. Uit het omvangrijke mineralogische onderzoek aan oppervlakte-gesteenten en -afzettingen op Mars komen ook aanwijzingen voor een wat redelijker samenstelling van dat water. Lange tijd is aangenomen dat het behalve heel zout ook heel zuur (lage pH) moest zijn, door de grote hoeveelheid sulfaten die werden aangetroffen.

De laatste jaren zijn afzettingen gevonden die aannemelijk maken dat er lokaal toch ook minder lage pH-waarden voorkwamen. Dat gold al voor het klei-achtige materiaal dat in 2005 werd gemeld, het geldt in het bijzonder voor de carbonaat-afzettingen die vanuit satellieten zijn waargenomen en door de Phoenix werden bemonsterd. Calciumcarbonaat wordt meestal in CO2-rijk water afgezet. Dat duidt dus sowieso op vloeibaar water. Maar ook weet het de pH van water dicht bij een neutrale waarde te houden (Science, 19 december 2008 en 3 juli 2009).

Opzienbarend was de vondst van perchloraat, door Phoenix. Maar wat dat voor de kansen op leven betekent, is niet helemaal duidelijk. Magnesiumperchloraat is een sterke oxidator die micro-organismen als energiebron zouden kunnen gebruiken. Tegelijk bindt het ook heel sterk water, wat weer een nadeel is.

Een pijnlijk tekort van de vele mineralogische studies op Mars is dat de onderzoekers er maar zelden in slagen aan te geven hoe oud een bepaald aangetroffen mineraal is, dus wanneer en onder welke condities het is ontstaan. Daarom is er, alles overziend, weinig reden om te zeggen dat de aanwijzingen voor het voorkomen van gunstige levensomstandigheden op Mars de laatste jaren erg zijn toegenomen.

En toch, en toch is de hoop op Martiaans leven sterk gegroeid. Dat is te danken aan de ontdekking van sporen van het gas methaan (CH4) in de Marsatmosfeer. Ze werden het eerst gemeld door de ESA die in 2004 bekend maakte dat haar satelliet Mars Express het gas met een spectrofotometer vanuit een baan om de planeet had waargenomen. Later is de vondst bevestigd door twee onafhankelijke groepen waarnemers die de Marsatmosfeer met telescopen in Chili en op Hawaii onderzochten. (Science, 20 februari 2009). Het methaan dat in de aardse atmosfeer voorkomt is voor zo’n 90 procent afkomstig van levende organismen. Toen het gas nog niet gevonden was, zeiden onderzoekers van NASA en ESA altijd dat ze dat als de sterkste aanwijzing voor het bestaan van leven zouden beschouwen.

Nu aarzelen ze en stellen ze veel in het werk om abiotische vormingsmechanismen te bedenken. Die zijn er ook volop, zie bijvoorbeeld Scientific American van mei 2007. Zo zouden ook werkende vulkanen methaan kunnen uitstoten – als ze er waren. Het intrigerende is dat het methaan in de Marsatmosfeer qua tijd en plaats zeer sterk wisselt in concentratie. Dat is moeilijk te begrijpen omdat de levensduur van het gas er, anders dan op aarde, zeer hoog is (2 à 3 eeuwen). Lang genoeg om bij de veronderstelde lage productiesnelheid volledig door de atmosfeer gemengd te raken. Men zoekt nu naarstig naar nog onbekende processen waarbij methaan effectief vernietigd wordt (Nature, 6 augustus 2009). Alsof de vorming door nog onbekend leven niet veel spannender is.

    • Karel Knip