Orsakas jordskred på Mars av salter och smältande is under jord?

En grupp forskare vid SETI Institute NASA Astrobiology Institute, där Umeåkemisten Merve Yeşilbaş medverkar, lägger fram en teori om vad som orsakar jordskred på ytan av Mars. Resultaten publiceras i tidskriften Science Advances.

Den röda planeten Mars är i dag en frusen öken och har inget stabilt flytande vatten på ytan. Ändå ger den senaste forskningen hopp om andra slags vattenformer på Mars.

Tidigare forskning har föreslagit att flytande skräp eller torra granulära flöden orsakar jordrörelser på Mars så kallade Marsian gullies . Ingen av dessa modeller tar dock hänsyn till den säsongsmässiga skredbildningen på planeten som kallas Recurring Slope Lineae, RSL.

Forskarna från NASA och Umeå universitet antar i stället att den småskaliga issmältningen i regoliten nära markytan orsakar förändringar vid ytan som gör den utsatt för dammstormar och vind. Som ett resultat expanderar RSL-funktionerna på Mars yta, det vill säga små raviner bildas. Vidare tror forskarna att de tunna skikten av smältande is beror på interaktioner mellan underjordisk vattenis, klorsalter och sulfater, vilket skapar en instabil och vätskeliknande flytande slam som ger upphov till slukhål, markkollaps, ytflöden och jordskred.

– Resultaten revolutionerar vårt perspektiv på aktiv kemi strax under ytan på Mars, säger Janice Bishop, som har lett studien och är forskare vid SETI Institute NASA Astrobiology Institute i USA.

Geokemin studeras på jorden

Analoga platser på jorden används inom ramen för utforskning av rymden för att studera geokemiska förhållanden på Mars. Exempel är de torra dalarna i Antarktis, Döda havet i Israel och Salar de Pajonales i Atacamaöknen. Tidigare observationer i Norra Chile har visat att när salter interagerar med gips eller vatten under markytan, orsakar det geologiska störningar och medför kollaps och jordskred.

För att testa forskargruppens teori genomförde kemisten Merve Yeşilbaş experiment med låg temperatur-vibrationsspektroskopi vid Umeå universitet. Hon observerade vad som händer om man fryser och tinar Mars-analoga jordprover (vulkanisk jord samlad från Hawaii) bestående av klorsalter och sulfater vid de låga temperaturer som man hittar på Mars. Resultatet var en slamaktig isbildning vid nära -50 ° C, följt av gradvis smältning av isen från -40 till -20 ° C.

– Mina labbexperiment avslöjar att tunna skikt av vätskeformigt vatten bildas längs kornytor när de salta jordproverna tinar under Mars-liknande temperaturer. Möjlig närvaro av tunna vattenfilmer under ytan på Mars yta i saltrika permafrostregioner antyder att kemisk aktivitet fortfarande kan vara möjlig på Mars i dag, säger Merve Yeşilbaş, postdoktor på Kemiska institutionen vid Umeå universitet med stöd från Vetenskapsrådet och NASA Postdoctoral Program SETI Institute.

Salter flyttar vattenmolekyler

Modellering av beteendet hos klorsalter och sulfater, inklusive gips, vid låga temperaturer visar också hur sammankopplade salterna är. Det kan vara så att det flytande vatten på mikroskala migrerar under jordytan på Mars och överför vattenmolekyler mellan sulfaterna och kloriderna, ungefär så som ett fotbollslag för bollen nedåt på fältet. Vid ytterligare laboratorieexperiment vid SETI Institute testades sulfatkloridreaktionerna i Mars-analoga jordprover från McMurdos torra dalar i Antarktis med färgindikatorer, vilka avslöjade hydrering av salterna på ytan och saltvandring genom jordkornen.

Vattenis har upptäckts under ytan på Mars i jord som grävts upp vid landningsplatsen i Phoenix, liksom från omloppsbana med hjälp av radarmätningar och med neutron- och gammastrålspektroskopi. På senare tid har is detekterats med HiRISE-kamera nära ytan i regioner nära ekvatorn på Mars. Isen i dessa områden är inte tjock och permafrosten där förväntas innehålla frusen mark med små iskorn som omger mineral- och jordpartiklar.

Varmare temperaturer under vår- och sommarmånaderna ( -50 till -20 ° C) vid de ekvatoriella platserna på Mars skulle kunna medföra att isen smälter till ett vätskeliknande slam. RSL som observeras på några av dessa platser tolkas ofta vara relaterade till Marsian gullies, vilka liknar små raviner eller diken på jorden.

Dynamisk miljö på Mars

Förutom att hjälpa till att förklara Mars geologiska och kemiska processer, visar forskarnas resultat också på att miljön på Mars fortsätter att vara dynamisk – att planeten fortfarande utvecklas och är aktiv – vilket har konsekvenser för både astrobiologi och framtida mänsklig utforskning av den röda planeten. Forskargruppens resultat kan revolutionera vårt perspektiv på aktiv kemi strax under ytan på Mars.

– Dessutom är dessa resultat viktiga inte bara för planetvetenskap och astrobiologi utan också för att förstå de kalla miljöerna på jorden, som Arktis och Antarktis, säger Merve Yesilbas.

Originalartikel:

Bishop, J. L. et al: Martian Subsurface Cryosalt Expansion and Collapse as Trigger for Landslides. Science Advances 7 (2021). https://advances.sciencemag.org/content/7/6/eabe4459

Pressfoton