Een vreemd kenmerk op het oppervlak van Mars heeft wetenschappers aan het raden gehouden over de oorsprong ervan. Het is een oppervlakteafzetting van een mineraal dat vaker voorkomt in het interieur van planeten. Een nieuwe studie toont aan dat dit inwendige mineraal waarschijnlijk naar de oppervlakte is gebracht door een oude explosieve vulkaan.
Nili Fossae ligt in de regio Syrtis Major op Mars. Het is in de buurt van de Isidis Planitia, een enorme vlakte in een inslagkom op Mars. Nili Fossae is interessant vanwege de minerale afzettingen in het gebied en wat die afzettingen ons vertellen over Mars. Het bevat met name een grote afzetting van het minerale olivijn, dat meestal wordt aangetroffen in het binnenste van planeten.
De vraag die deze studie probeerde te beantwoorden, was hoe de olivijn zijn weg naar de oppervlakte vond?
The Olivine Within
Olivijn zelf is niet zeldzaam of opmerkelijk. Het is zelfs het belangrijkste onderdeel van de aardmantel. Het is ook niet zeldzaam op Mars. Het woord olivijn dekt eigenlijk een groep mineralen die erg op elkaar lijken. Ten eerste zijn ze allemaal groenachtig, wat de 'olijf' in olivijn verklaart.
Ze worden gevonden in stollingsgesteenten, die in feite gekoelde, gestolde lava zijn.
Met dat in gedachten lijkt de kop van dit artikel misschien nogal voor de hand liggend. Natuurlijk kwam deze afzetting van olivijn van een vulkaan. Hoe kon het anders vanuit de mantel naar de oppervlakte zijn gekomen? Maar bij wetenschap draait alles om de details. Wanneer precies in de geschiedenis van Mars werd deze olivijn afgezet door een vulkaan? In welke context gebeurde het en maakte het deel uit van grotere gebeurtenissen die Mars vormden? Welk type vulkanische gebeurtenis veroorzaakte het?
Deze vragen, en de grootte van de olivijnafzetting in kwestie, maken deze studie interessant.
De studie is van de Brown University, in Providence, Rhode Island. De auteurs zijn afgestudeerde studenten Christopher Kremer en Michael Bramble, en professor John Mustard van de afdeling Earth, Environmental and Planetary Sciences van de Brown University. Het artikel heet "Een wijdverbreide olivijnrijke asafzetting op Mars" en wordt gepubliceerd in het tijdschrift Geology.
Minerale nerds
Er bestaat een bepaald type persoon die zeer geïnteresseerd is in mineralen. De studie van mineralen is verre van een ongewone, asociale obsessie die in een ver hoek van een universiteitscampus wordt nagestreefd, maar is een bouwsteen van de planetaire wetenschap. Zonder ons begrip van mineralen hebben we geen hoop om de geschiedenis van de aarde samen te voegen. We zouden ook onwetend zijn over alle andere planeten in ons zonnestelsel, en ook over asteroïden en meteorieten.
Als het op Mars aankomt, kan het belang van het begrijpen van mineralen niet genoeg worden benadrukt. De soorten mineralen die we zien, waar we ze zien en hoe ze daar terecht zijn gekomen, zijn allemaal aanwijzingen om Mars te begrijpen. En wanneer wetenschappers daar een ongebruikelijke afzetting van mineralen zien, willen ze weten hoe het daar terecht is gekomen.
Martiaanse puzzel
Mars is een puzzel. We zijn nog lang niet klaar met het voltooien, maar stukje bij beetje beginnen we de geschiedenis van die planeet te begrijpen. In het bijzonder willen we weten of het ooit bewoonbaar was en of het misschien de thuisbasis is van een microscopisch leven. Die vragen kunnen niet echt rechtstreeks worden beantwoord: ze moeten worden onthuld door de Martiaanse puzzel te voltooien.
Deze ongebruikelijke afzetting van olivijn is een van de puzzelstukjes.
Deze olivijnafzetting werd voor het eerst ontdekt in 2003 en gepresenteerd in een paper in Science. Die krant kondigde de ontdekking aan van een gebied van 30.000 vierkante kilometer met ongeveer 30% olivijn.
Het gebied valt op door zijn geologische formatie. Het is een gebied van wat grijpers worden genoemd. Grabens zijn valleien met aan weerszijden scherpe hellingen, veroorzaakt door de neerwaartse verplaatsing van landblokken.
In dat eerste artikel zeiden de auteurs dat "na het inslaan van een breuk in dit gebied blootgestelde ondergrondse lagen rijk aan olivijn zijn ontstaan". In de loop der jaren hebben andere onderzoekers andere mogelijke verklaringen bedacht. Sommigen hebben een uitbundige lavastroom voorgesteld. Anderen hebben gesuggereerd dat de olivijn door een enorme impact is opgebaggerd. Misschien dezelfde impact die het enorme Isidis-bekken heeft gecreëerd waar de afzetting zich bevindt.
Deze nieuwe studie zegt dat de olivijn is afgezet door explosief vulkanisme.
Vulkanische explosies
Voor de meesten van ons is een vulkaan een vulkaan. Maar er zijn verschillende soorten. Een type heet explosief vulkanisme.
"Dit is een van de meest tastbare bewijzen tot nu toe voor het idee dat explosief vulkanisme op vroege Mars vaker voorkwam", zegt Christopher Kremer, een afgestudeerde student aan de Brown University die het werk leidde.
Explosief vulkanisme vindt plaats wanneer magma opgeloste gassen zoals waterdamp bevat. Dat opgeloste gas zorgt voor veel druk in het magma, en wanneer het bovenliggende gesteente de druk niet kan weerstaan, explodeert het. Die explosie stuurt een enorme hoeveelheid vurige as en lava de lucht in.
Omdat explosief vulkanisme waterdamp vereist, denken wetenschappers dat dit type vulkanische explosie vroeg in het leven van Mars plaatsvond, toen er meer water in de buurt was. Na verloop van tijd verloor Mars zijn water en zou de vulkanische activiteit minder explosief zijn geweest. Het zou zijn vervangen door zogenaamd uitbundig vulkanisme, dat zachter is en ervoor zorgt dat lava over het oppervlak stroomt in plaats van in de lucht te exploderen.
Volgens Kremer is er veel bewijs voor deze uitbundige vulkanische fase in de geschiedenis van Mars, terwijl bewijs voor de eerdere, explosieve fase niet zo gemakkelijk te ontdekken is, vooral met orbitale instrumenten.
"Begrijpen hoe belangrijk explosief vulkanisme op vroege Mars was, is uiteindelijk belangrijk voor het begrijpen van het waterbudget in Marsmagma, de overvloed aan grondwater en de dikte van de atmosfeer", zei Kremer.
Orbital Eyes on Mars
Voorlopig moeten alle wetenschappers deze afzetting bestuderen met orbitale instrumenten. Kremer en zijn collega's gebruikten hoge resolutiebeelden van NASA's Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) om de geologie van het gebied in detail te bestuderen. Zoals Kremer in een persbericht zei, namen ze een andere koers bij het bestuderen van het gebied.
"Dit werk week methodologisch af van wat andere mensen hebben gedaan door te kijken naar de fysieke vorm van de terreinen die zijn samengesteld uit dit gesteente," zei Kremer. "Wat is de geometrie, de dikte en oriëntatie van de lagen waaruit het bestaat. We ontdekten dat de explosieve verklaring van vulkanisme en asval alle juiste vakjes aanvinkt, terwijl alle alternatieve ideeën voor wat deze afzetting zou kunnen zijn, in verschillende belangrijke opzichten het niet eens zijn met wat we vanuit de ruimte waarnemen. ”
Een van de dingen die deze afzetting onderscheidt van andere effusieve lavastroomgebieden is de verspreiding van de lava zelf. Terwijl een uitbundige stroom in feite vloeibaar gesteente over het oppervlak zou verspreiden, waar het zich zou verzamelen in laaggelegen gebieden, bevindt deze afzetting zich in lange continue lagen over valleien, kraters, heuvels en andere kenmerken. Volgens Kremer komt dat veel meer overeen met het bezinken van as door een explosieve uitbarsting dan met lavastroom.
De continue storting sluit ook het impactscenario uit. De Isidis-impact die het Isidis-bekken heeft gecreëerd, kan niet zo'n uniforme aslaag hebben gecreëerd. Ook wordt de as afgezet bovenop enkele van de kenmerken die zijn veroorzaakt door de Isidis-impact.
De toestand van de olivijn zelf sluit ook het impactscenario uit. De olivijn vertoont tekenen van aanhoudend en wijdverbreid contact met water. De olivijn werd door dat contact veranderd, veel meer dan andere olivijn op Mars. De auteurs zeggen dat deze olivijn alleen maar logisch was als gevolg van asval, omdat as veel poreuzer is dan andere rotsen, en het water in contact zou hebben gebracht met de olivijn.
Kan een Rover de puzzel oplossen?
Het is moeilijk om absoluut zeker te zijn van iets dat je alleen vanuit de ruimte kunt bestuderen. Gelukkig gaat een rover die kant op.
In 2020 wordt NASA's Mars 2020-rover gelanceerd op weg naar Mars. Zijn landingsplaats? De Jezero-krater, die zich in de olivijnafzetting bevindt. Er zijn blootgestelde delen van olivijn toegankelijk voor de rover, en het lijkt zeker dat de rover van 2020 het zal bestuderen.
"Wat opwindend is, is dat we snel zullen zien of ik goed of fout heb", zei Kremer. "Dus dat is een beetje zenuwslopend, maar als het geen toeval is, zal het waarschijnlijk iets vreemds worden. Dat is net zo leuk, zo niet meer. "
"Een van de top 10 ontdekkingen van Mars 2020 gaat uitzoeken wat deze olivijnhoudende eenheid is", zegt Mustard, de adviseur van Kremer. "Dat is iets waar mensen nog lang over zullen schrijven en praten."
Als we eenmaal weten hoe dit olivijn puzzelstukje erin past, weten we iets over het tijdperk van explosief vulkanisme op Mars. Bij uitbreiding weten we iets over het oude water van Mars. In het verlengde daarvan weten we iets over de oude atmosfeer van Mars. Vanaf daar weten we iets over de bewoonbaarheid van Mars.
Zijn puzzels niet leuk?
