Mars var en gång en våt värld. Den röda planetens geologiska historik visar bevis för vatten som rinner på ytan – från floddeltan till dalar uthuggna av massiva översvämningar.
Men en ny studie visar att oavsett hur mycket nederbörd som föll på ytan av forntida Mars, sipprade väldigt lite av det in i en akvifer i planetens södra högland. Resultaten publicerades i tidskriften Icarus . Tidningens medförfattare är Mohammad Afzal Shadab, doktorand vid Jackson School och fakultetsmedlemmarna Sean Gulick, Timothy Goudge och Marc Hesse.
En doktorand vid University of Texas i Austin gjorde upptäckten genom att modellera grundvattenladdningsdynamiken för akvifären med hjälp av en rad olika metoder – från datormodeller till enkla beräkningar bakom kuvertet.
Oavsett graden av komplexitet konvergerade resultaten till samma svar – en minimal 0,03 millimeter grundvattenpåfyllning per år i genomsnitt. Det betyder att varhelst det regnade i modellen, kunde endast i genomsnitt 0,03 millimeter per år ha kommit in i akvifären och fortfarande producerat de landformer som finns kvar på planeten idag.
Som jämförelse kan nämnas att den årliga laddningshastigheten för grundvatten för akvifererna Trinity och Edwards-Trinity Plateau som förser San Antonio med vatten i allmänhet varierar från 2,5 till 50 millimeter per år, eller cirka 80 till 1 600 gånger laddningshastigheten för Mars akvifer som beräknats av forskarna.
Det finns en mängd potentiella orsaker till så låga grundvattenflöden, säger huvudförfattaren Eric Hiatt, doktorand vid Jackson School of Geosciences. När det regnade kan vattnet mestadels ha sköljt över Mars-landskapet som avrinning. Eller så kanske det bara inte har regnat särskilt mycket alls.
Dessa fynd kan hjälpa forskare att begränsa de klimatförhållanden som kan producera regn på tidiga Mars. De föreslår också en helt annan vattenregim på den röda planeten än vad som finns på jorden idag.
"Det faktum att grundvattnet inte är en så stor process kan betyda att andra saker är det," sa Hiatt. "Det kan förstärka vikten av avrinning, eller så kan det betyda att det helt enkelt inte regnade så mycket på Mars. Men det är bara fundamentalt annorlunda än hur vi tänker om [vatten] på jorden."
Modellerna som används i studien fungerar genom att simulera grundvattenflödet i en "steady state" miljö där in- och utflöde av vatten till akvifären är balanserad. Forskare ändrade sedan parametrarna som påverkar flödet – till exempel där regn faller eller bergets genomsnittliga porositet – och observerade vilka andra variabler som skulle behöva ändras för att bibehålla det stabila tillståndet och hur rimliga dessa laddningar är.
Medan andra forskare har simulerat grundvattenflödet på Mars med liknande tekniker, är denna modell den första som inkorporerar inflytandet från haven som fanns på Mars yta för mer än tre miljarder år sedan i Hellas-, Argyre- och Borealis-bassängerna.
Studien innehåller också moderna topografiska data som samlats in av satelliter. Det moderna landskapet, sa Hiatt, bevarar fortfarande ett av planetens äldsta och mest inflytelserika topografiska särdrag – en extrem höjdskillnad mellan det norra halvklotet – låglandet – och det södra halvklotet – höglandet – känt som "den stora dikotomien." /P>
Dikotomien bevarar tecken på tidigare grundvattenuppströmningar där grundvatten steg upp från akvifären till ytan. Forskarna använde geologiska markörer för dessa tidigare uppväxthändelser för att utvärdera olika modellutdata.
På olika modeller fann forskarna att den genomsnittliga grundvattenladdningshastigheten på 0,03 millimeter per år överensstämmer mest med vad som är känt om det geologiska rekordet.
Forskningen handlar inte bara om att förstå den röda planetens förflutna. Det har också konsekvenser för framtida Mars-utforskning. Att förstå grundvattenflödet kan hjälpa till att informera om var man kan hitta vatten idag, sa Hiatt,
Oavsett om du letar efter tecken på forntida liv, försöker upprätthålla mänskliga upptäcktsresande eller gör raketbränsle för att komma tillbaka hem till jorden, är det viktigt att veta var vattnet med största sannolikhet skulle vara.
Mer information: Eric Hiatt et al, Begränsad uppladdning av akvifären i södra höglandet på tidiga Mars, Icarus (2023). DOI:10.1016/j.icarus.2023.115774
Journalinformation: Ikaros
Tillhandahålls av University of Texas i Austin
