Mars był kiedyś mokrym światem. Dane geologiczne Czerwonej Planety wskazują na istnienie wody płynącej po powierzchni – od delt rzecznych po doliny wyrzeźbione przez potężne, gwałtowne powodzie.
Jednak nowe badanie pokazuje, że niezależnie od tego, ile opadów spadło na powierzchnię starożytnego Marsa, bardzo niewiele z nich przedostało się do warstwy wodonośnej na południowych wyżynach planety.
Absolwent Uniwersytetu Teksasu w Austin dokonał odkrycia, modelując dynamikę ładowania wód gruntowych w warstwie wodonośnej przy użyciu szeregu metod – od modeli komputerowych po proste obliczenia od tyłu koperty.
Bez względu na stopień złożoności wyniki zbiegały się w jedną odpowiedź – średnio niewielki, 0,03 milimetra uzupełniania wody gruntowej rocznie. Oznacza to, że gdziekolwiek w modelu spadł deszcz, średnio tylko 0,03 milimetra rocznie mogło przedostać się do warstwy wodonośnej i nadal wytworzyć formy terenu pozostałe na naszej planecie.
Dla porównania, roczna szybkość uzupełniania wód gruntowych warstw wodonośnych Trinity i Edwards-Trinity Plateau dostarczających wodę do San Antonio wynosi zazwyczaj od 2,5 do 50 milimetrów rocznie, czyli około 80 do 1600 razy więcej niż obliczona przez naukowców szybkość uzupełniania marsjańskiej warstwy wodonośnej.
Istnieje wiele potencjalnych przyczyn tak niskiego natężenia przepływu wód gruntowych, powiedział główny autor Eric Hiatt, doktorant w Jackson School of Geosciences. Kiedy padał deszcz, woda mogła w większości spłynąć przez marsjański krajobraz w postaci spływu. A może po prostu w ogóle nie padało zbyt dużo.
Odkrycia te mogą pomóc naukowcom ograniczyć warunki klimatyczne, które mogą powodować opady deszczu na wczesnym Marsie. Sugerują także zupełnie inny reżim wodny na Czerwonej Planecie niż ten, który istnieje obecnie na Ziemi.
„Fakt, że wody gruntowe nie podlegają tak dużym procesom, może oznaczać, że inne rzeczy tak mają” – powiedział Hiatt. „Może to zwiększyć znaczenie spływu lub może oznaczać, że na Marsie po prostu nie padało tak dużo deszczu. Ale to zasadniczo różni się od tego, jak myślimy o [water] na ziemi.”
Wyniki opublikowano w czasopiśmie Icarus. Współautorami artykułu są Mohammad Afzal Shadab, doktorant w Jackson School oraz wykładowcy Sean Gulick, Timothy Goudge i Marc Hesse.
Modele wykorzystane w badaniach symulują przepływ wód podziemnych w środowisku „stanu ustalonego”, w którym dopływ i odpływ wody do warstwy wodonośnej jest zrównoważony. Następnie naukowcy zmienili parametry wpływające na przepływ – na przykład miejsce opadów deszczu lub średnią porowatość skały – i zaobserwowali, jakie inne zmienne musiałyby się zmienić, aby utrzymać stan ustalony, oraz na ile prawdopodobne są te ładunki.
Podczas gdy inni badacze symulowali przepływ wód gruntowych na Marsie przy użyciu podobnych technik, model ten jako pierwszy uwzględnia wpływ oceanów, które istniały na powierzchni Marsa ponad trzy miliardy lat temu w basenach Hellas, Argyre i Borealis.
W badaniu uwzględniono także nowoczesne dane topograficzne zebrane przez satelity. Hiatt powiedział, że współczesny krajobraz nadal zachowuje jedną z najstarszych i najbardziej wpływowych cech topograficznych planety – ogromną różnicę wzniesień pomiędzy półkulą północną – nizinami – a półkulą południową – wyżynami – znaną jako „ wielka dychotomia.” Dychotomia zachowuje oznaki przeszłego wypiętrzenia wód gruntowych, podczas którego wody gruntowe podnosiły się z warstwy wodonośnej na powierzchnię. Naukowcy wykorzystali markery geologiczne tych przeszłych zdarzeń upwellingu, aby ocenić różne wyniki modelu.
W oparciu o różne modele naukowcy odkryli, że średni wskaźnik ładowania wód gruntowych wynoszący 0,03 milimetra rocznie jest najbardziej zgodny z wiedzą na temat zapisu geologicznego.
Badania nie polegają wyłącznie na zrozumieniu przeszłości Czerwonej Planety. Ma to również konsekwencje dla przyszłej eksploracji Marsa. Zrozumienie przepływu wód gruntowych może pomóc w określeniu, gdzie obecnie można znaleźć wodę, powiedział Hiatt. Niezależnie od tego, czy szukasz śladów starożytnego życia, starasz się utrzymać ludzkich odkrywców, czy też produkujesz paliwo rakietowe, aby wrócić na Ziemię, ważne jest, aby wiedzieć, gdzie najprawdopodobniej będzie znajdować się woda.
Badania zostały sfinansowane przez NASA, Instytut Geofizyki Uniwersytetu Teksasu i Centrum zamieszkiwania planet UT.