Det var en gång, säsonger i Gale Crater kändes förmodligen ungefär som de på Island. Men ingen var där för att samla ihop sig för mer än 3 miljarder år sedan.

Den antika kratern från Mars är i fokus för en studie av forskare från Rice University som jämför data från Curiosity-rovern med platser på jorden där liknande geologiska formationer har upplevt vittring i olika klimat.

Islands basaltiska terräng och svala väder, med temperaturer som vanligtvis är lägre än 38 grader Fahrenheit, visade sig vara den närmaste analogen till forntida Mars. Studien fastställde att temperaturen hade den största inverkan på hur bergarter som bildades från sediment avsatta av forntida Mars-strömmar väderbekämpades av klimatet.

Studien av postdoktoralumnen Michael Thorpe och marsgeologen Kirsten Siebach från Rice och geoforskaren Joel Hurowitz från State University of New York vid Stony Brook satte sig för att svara på frågor om de krafter som påverkade sand och lera i den gamla sjöbottnen.

Data som samlats in av Curiosity under sina resor sedan landningen på Mars 2012 ger detaljer om de kemiska och fysiska tillstånden hos lerstenar som bildats i en gammal sjö, men kemin avslöjar inte direkt klimatförhållandena när sedimentet eroderades uppströms. För det, forskarna var tvungna att leta efter liknande stenar och jordar på jorden för att hitta en korrelation mellan planeterna.

Studien publicerad i JGR Planets tar data från välkända och varierande förhållanden på Island, Idaho och runt om i världen för att se vilken som matchade bäst vad roveren ser och känner i kratern som omger Mount Sharp.

Kratern innehöll en gång en sjö, men klimatet som tillät vatten att fylla det är föremål för en lång debatt. Vissa hävdar att Mars tidigt var varmt och blött, och att floder och sjöar var vanligt förekommande. Andra tycker att det var kallt och torrt och att glaciärer och snö var vanligare.

"Sedimentära stenar i Gale Crater beskriver istället ett klimat som sannolikt hamnar mellan dessa två scenarier, sa Thorpe, nu en Mars-provreturforskare vid NASA Johnson Space Center-entreprenören Jacobs Space Exploration Group. "Det antika klimatet var sannolikt kallt men verkar också ha stöttat flytande vatten i sjöar under långa perioder."

Forskarna var förvånade över att det förekom så lite vittring av stenar på Mars efter mer än 3 miljarder år, så att de gamla bergarterna från Mars var jämförbara med isländska sediment i en flod och sjö idag.

"På jorden, den sedimentära stenskivan gör ett fantastiskt jobb med att mogna över tid med hjälp av kemisk vittring, Thorpe noterade. "Men, på Mars ser vi mycket unga mineraler i lerstenarna som är äldre än alla sedimentära bergarter på jorden, tyder på att vittringen var begränsad."

Forskarna studerade direkt sediment från Idaho och Island, och sammanställda studier av liknande basaltsediment från en rad klimat runt om i världen, från Antarktis till Hawaii, för att anpassa de klimatförhållanden som de trodde var möjliga på Mars när vatten strömmade in i Gale Crater.

"Jorden var ett utmärkt laboratorium för oss i denna studie, där vi kan använda en rad olika platser för att se effekterna av olika klimatvariabler på väderleken, och den genomsnittliga årstemperaturen hade den starkaste effekten för typerna av stenar i Gale Crater, sa Siebach, en medlem av Curiosity-teamet som kommer att vara en Perseverance-operatör efter att den nya landaren landar i februari. "Omfånget av klimat på jorden gjorde det möjligt för oss att kalibrera vår termometer för att mäta temperaturen på forntida Mars."

Sammansättningen av sand och lera på Island var den närmaste matchen till Mars baserat på analys via standardkemiska förändringsindex (CIA), ett grundläggande geologiskt verktyg som används för att härleda tidigare klimat från kemisk och fysisk vittring av ett prov.

"När vatten rinner genom stenar för att erodera och klara av dem, det löser de mest lösliga kemiska komponenterna i mineralerna som bildar stenarna, " sa Siebach. "På Mars, vi såg att endast en liten del av de grundämnen som löses upp snabbast hade förlorats från leran i förhållande till vulkaniska stenar, även om leran har den minsta kornstorleken och oftast är den mest väderbitna.

"Detta begränsar verkligen den genomsnittliga årliga temperaturen på Mars när sjön var närvarande, för om det vore varmare, då skulle fler av dessa element ha spolats bort, " Hon sa.

Resultaten indikerade också att klimatet förändrades över tiden från Antarktis-liknande förhållanden till att bli mer isländska medan fluviala processer fortsatte att avsätta sediment i kratern. Denna förändring visar att tekniken kan användas för att spåra klimatförändringar på forntida Mars.

Medan studien fokuserade på de lägsta, den äldsta delen av sjösedimenten som Curiosity har utforskat, andra studier har också visat att klimatet på mars troligen fluktuerade och blev torrare med tiden. "Denna studie etablerar ett sätt att tolka den trenden mer kvantitativt, i jämförelse med klimat och miljöer vi känner väl på jorden idag, "Siebach sa. "Liknande tekniker kan användas av Perseverance för att förstå forntida klimat runt sin landningsplats vid Jezero Crater."

Parallellt, klimatförändring, speciellt på Island, kan flytta de platser på jorden som är bäst lämpade för att förstå det förflutna på båda planeterna, Hon sa.

Siebach är biträdande professor i jorden, miljö- och planetvetenskap på Rice. Hurowitz är docent i geovetenskap vid Stony Brook.