Grundwasser auf dem Mars - Groundwater on Mars

Die Erhaltung und Zementierung von aeolian Düne Stratigraphie in Burns Cliff in Endurance - Krater sind vermutlich durch die Strömung von flachen Grundwasser kontrolliert wurden.

In vergangenen Zeitaltern gab es auf dem Mars Regen und Schnee ; vor allem in der noachischen und frühen hesperischen Epoche. Etwas Feuchtigkeit drang in den Boden ein und bildete Grundwasserleiter . Das heißt, das Wasser ging in den Boden, sickerte nach unten, bis es eine Formation erreichte, die es nicht weiter durchdringen ließ (eine solche Schicht wird als undurchlässig bezeichnet). Dann sammelte sich Wasser an und bildete eine gesättigte Schicht. Es können noch tiefe Grundwasserleiter vorhanden sein.

Überblick

Forscher haben herausgefunden, dass der Mars ein planetenweites Grundwassersystem hatte und mehrere markante Merkmale auf dem Planeten durch die Wirkung des Grundwassers erzeugt wurden . Wenn Wasser an die Oberfläche oder nahe der Oberfläche stieg, wurden verschiedene Mineralien abgelagert und Sedimente wurden miteinander zementiert. Einige der Mineralien waren Sulfate , die wahrscheinlich produziert wurden, als Wasser Schwefel aus unterirdischen Gesteinen auflöste und dann oxidiert wurde, wenn es mit der Luft in Kontakt kam. Reise durch die Region Aquifer , ging das Wasser durch Lavagestein Basalt , die Schwefel enthalten hätte.

In einem Grundwasserleiter nimmt Wasser einen offenen Raum (Porenraum) ein, der zwischen Gesteinspartikeln liegt. Diese Schicht würde sich ausbreiten und schließlich unter dem größten Teil der Marsoberfläche liegen. Der obere Teil dieser Schicht wird als Grundwasserspiegel bezeichnet . Berechnungen zeigen, dass der Grundwasserspiegel auf dem Mars zeitweise 600 Meter unter der Oberfläche lag.

Der InSight- Lander entdeckte im September 2019 ungeklärte magnetische Impulse und magnetische Schwingungen, die mit einem bestehenden planetenweiten Reservoir an flüssigem Wasser tief unter der Erde übereinstimmen.

Die Forscher kamen zu dem Schluss, dass der Gale Crater viele Episoden von Grundwasserstößen mit Veränderungen in der Grundwasserchemie erlebt hat. Diese chemischen Veränderungen würden das Leben unterstützen.

Geschichtetes Gelände

Schichten können durch aufsteigendes Grundwasser gebildet werden, das Mineralien ablagert und Sedimente zementiert. Die gehärteten Schichten sind folglich besser vor Erosion geschützt. Dieser Prozess kann statt der Bildung von Schichten unter Seen auftreten.

Einige Orte auf dem Roten Planeten zeigen Gruppen von geschichteten Gesteinen. Gesteinsschichten befinden sich unter den widerstandsfähigen Kappen von Sockelkratern , auf den Böden vieler großer Einschlagskrater und in der Gegend namens Arabia. An einigen Stellen sind die Schichten in regelmäßigen Mustern angeordnet. Es wurde vermutet, dass die Schichten durch Vulkane, den Wind oder auf dem Grund eines Sees oder Meeres entstanden sind. Berechnungen und Simulationen zeigen, dass Grundwasser, das gelöste Mineralien trägt, an denselben Stellen auftauchen würde, an denen reichlich Gesteinsschichten vorhanden sind. Nach diesen Vorstellungen würden tiefe Schluchten und große Krater Wasser aus dem Boden aufnehmen. Viele Krater im Arabien-Gebiet des Mars enthalten Schichtengruppen. Einige dieser Schichten können durch den Klimawandel entstanden sein.

Die Neigung der Rotationsachse des Mars hat sich in der Vergangenheit immer wieder verändert. Einige Änderungen sind groß. Aufgrund dieser Klimaschwankungen wäre die Marsatmosphäre zeitweise viel dicker gewesen und hätte mehr Feuchtigkeit enthalten. Auch die Menge an atmosphärischem Staub hat zu- und abgenommen. Es wird angenommen, dass diese häufigen Veränderungen dazu beigetragen haben, Material in Kratern und anderen niedrigen Orten abzulagern. Das Aufsteigen von mineralreichem Grundwasser zementierte diese Materialien. Das Modell sagt auch voraus, dass, nachdem ein Krater mit geschichteten Gesteinen gefüllt ist, weitere Schichten in der Umgebung des Kraters abgelagert werden. Das Modell sagt also voraus, dass sich Schichten auch in Zwischenkraterregionen gebildet haben könnten; Schichten in diesen Regionen wurden beobachtet.

Durch die Einwirkung von Grundwasser können Schichten verfestigt werden. Das Grundwasser des Mars hat sich wahrscheinlich Hunderte von Kilometern bewegt und dabei viele Mineralien aus dem Gestein gelöst, das es durchquert hat. Wenn in tiefen, sedimenthaltigen Gebieten Grundwasser an die Oberfläche tritt, verdunstet Wasser in der dünnen Atmosphäre und hinterlässt Mineralien als Ablagerungen und/oder Zementierungsmittel. Folglich konnten Staubschichten später nicht ohne weiteres abgetragen werden, da sie miteinander verkittet waren. Auf der Erde verdunstet mineralreiches Wasser oft und bildet große Ablagerungen verschiedener Arten von Salzen und anderen Mineralien . Manchmal fließt Wasser durch die Grundwasserleiter der Erde und verdunstet dann an der Oberfläche, wie es für den Mars vermutet wird. Ein Ort, an dem dies auf der Erde auftritt, ist das Great Artesian Basin von Australien . Auf der Erde ist die Härte vieler Sedimentgesteine wie Sandstein hauptsächlich auf den Zement zurückzuführen, der beim Durchströmen von Wasser aufgetragen wurde.

Im Februar 2019 veröffentlichten europäische Wissenschaftler geologische Beweise für ein altes planetenweites Grundwassersystem, das wohl mit einem vermeintlichen riesigen Ozean verbunden war.

Schichten im Crommelin-Krater

  • Butte im Crommelin-Krater, gesehen von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms . Standort ist Oxia Palus Viereck .

  • Schichten im Crommelin-Krater, wie von HiRISE unter dem HiWish-Programm gesehen. Standort ist Oxia Palus Viereck .

  • Schichten im Crommelin-Krater, wie von HiRISE unter dem HiWish-Programm gesehen. Pfeil zeigt Fehler an. Standort ist Oxia Palus Viereck .

Schichten im Danielson-Krater

  • Geschichteter Hügel auf dem Boden des Danielson-Kraters, gesehen von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms

  • Nahaufnahme, farbige Ansicht von Schichten und dunklem Staub auf dem Boden des Danielson-Kraters, wie von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms gesehen

  • Nahe, farbige Ansicht von Schichten und dunklem Staub auf dem Boden des Danielson-Kraters, wie von HiRISE unter dem HiWish-Programm gesehen. Boulders sind im Bild zu sehen.

  • Nahansicht der Schichten auf dem Boden des Danielson-Kraters, wie von HiRISE unter dem HiWish-Programm gesehen. Einige Verwerfungen sind im Bild sichtbar.

  • Schichten im Danielson-Krater, wie sie von HiRISE unter dem HiWish-Programm gesehen werden. Die Box entspricht der Größe eines Fußballfeldes.

  • Nahaufnahme von Schichten im Danielson-Krater, wie von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms gesehen – Felsbrocken sind ebenso zu sehen wie dunkler Sand

Invertiertes Gelände

Viele Gebiete auf dem Mars zeigen ein umgekehrtes Relief . An jenen Stellen, ehemaliger Strom sind Kanäle als Hochbeete angezeigt, statt Bachtal. Hochbeete entstehen, wenn alte Bachrinnen mit erosionsbeständigem Material verfüllt werden. Nachdem die spätere Erosion umliegendes weiches Material entfernt, bleiben widerstandsfähigere Materialien zurück, die sich im Bachbett abgelagert haben. Lava ist eine Substanz, die durch Täler fließen und solch ein umgekehrtes Gelände erzeugen kann. Allerdings können ziemlich lockere Materialien ziemlich hart und erosionsbeständig werden, wenn sie durch Mineralien zementiert werden. Diese Mineralien können aus dem Grundwasser stammen. Es wird angenommen, dass ein Tiefpunkt, wie ein Tal, den Grundfluss fokussiert, so dass mehr Wasser und Zement hineinfließen, was zu einem höheren Zementierungsgrad führt.

Eine Geländeinversion kann jedoch auch ohne Zementierung durch das Grundwasser erfolgen. Wenn eine Oberfläche durch Wind erodiert wird, kann der notwendige Kontrast in der Erodierbarkeit allein durch Variationen der Korngröße von Lockergesteinen entstehen. Da der Wind beispielsweise Sand, aber kein Geröll wegtragen kann, könnte ein Gerinnebett, das reich an Geröll ist, einen umgekehrten Rücken bilden, wenn es ursprünglich von viel feineren Sedimenten umgeben war, auch wenn die Sedimente nicht zementiert waren. Dieser Effekt wurde für Kanäle im Saheki-Krater aufgerufen .

Orte auf dem Mars, die Schichten in den Böden von Kratern enthalten, haben oft auch umgekehrtes Terrain.

  • Invertierter Kanal im Miyamoto-Krater , gesehen von HiRISE . Der Maßstabsbalken ist 500 Meter lang.

  • CTX-Kontextbild für das nächste Bild, das mit HiRISE aufgenommen wurde. Beachten Sie, dass der lange Grat, der über das Bild geht, wahrscheinlich ein alter Bach ist. Das Kästchen zeigt den Bereich für das HiRISE-Bild an. Bild befindet sich im Margaritifer Sinus-Viereck .

  • Beispiel für invertiertes Gelände in der Region Parana Valles , wie von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms gesehen. Bild befindet sich im Margaritifer Sinus-Viereck .

Nachweis für Grundwasserauftrieb

Raumschiffe, die zum Mars geschickt wurden, lieferten eine Fülle von Beweisen dafür, dass Grundwasser eine Hauptursache für viele Gesteinsschichten auf dem Planeten ist. Der Opportunity Rover untersuchte einige Bereiche mit ausgeklügelten Instrumenten. Die Beobachtungen von Opportunity zeigten, dass immer wieder Grundwasser an die Oberfläche gestiegen war. Beweise dafür, dass Wasser mehrmals an die Oberfläche gelangt, sind Hämatitkonkretionen (sogenannte "Blaubeeren"), die Zementierung von Sedimenten, die Veränderung von Sedimenten und Klasten oder Skelette gebildeter Kristalle. Zur Herstellung von Skelettkristallen wurden gelöste Mineralien als Mineralkristalle abgelagert und die Kristalle dann aufgelöst, wenn zu einem späteren Zeitpunkt mehr Wasser an die Oberfläche kam. Die Form der Kristalle war noch zu erkennen. Opportunity fand bei seiner Reise auf der Marsoberfläche an vielen Stellen Hämatit und Sulfate, daher wird davon ausgegangen, dass die gleichen Arten von Ablagerungen weit verbreitet sind, genau wie vom Modell vorhergesagt.

  • Löcher (Vugs) im Grundgestein in Form von Kristallen, die da waren, aber inzwischen aufgelöst wurden, wie von Opportunity Rover gesehen. Die Löcher haben die Form der ursprünglichen Kristalle.

"Blaubeeren" (Hämatit-Kugeln) auf einem Felsvorsprung am Eagle Crater. Beachten Sie das zusammengeführte Triplett oben links.

Orbitale Sonden zeigten, dass die Gesteinsart um Opportunity in einem sehr großen Gebiet vorkam, das Arabien einschloss, das ungefähr so ​​groß wie Europa ist . Ein Spektroskop namens CRISM auf dem Mars Reconnaissance Orbiter fand an vielen der gleichen Stellen Sulfate, die das aufsteigende Wassermodell vorhergesagt hatte, einschließlich einiger Gebiete in Arabien. Das Modell sagte Ablagerungen in den Schluchten der Valles Marineris voraus ; diese Ablagerungen wurden beobachtet und als Sulfate gefunden. An anderen Orten, an denen aufsteigendes Wasser vorhergesagt wird, zum Beispiel Chaosregionen und Canyons, die mit großen Abflüssen verbunden sind, wurden ebenfalls Sulfate gefunden. Schichten treten in den von diesem Modell vorhergesagten Arten von Grundwasser auf, das an der Oberfläche verdunstet. Sie wurden vom Mars Global Surveyor und HiRISE an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters entdeckt. Rund um den Ort, an dem Opportunity gelandet ist, und im nahe gelegenen Arabien wurden Schichten beobachtet. Der Boden unter der Kappe von Sockelkratern weist manchmal zahlreiche Schichten auf. Die Kappe eines Sockelkraters schützt das darunter liegende Material vor dem Wegfressen. Es wird angenommen, dass das Material, das jetzt nur noch unter der Kappe des Sockelkraters zu finden ist, früher die gesamte Region bedeckte. Daher bedeckten einst Schichten, die jetzt nur noch unter den Kratern des Sockels sichtbar sind, das gesamte Gebiet. Einige Krater enthalten Hügel aus geschichtetem Material, die über den Kraterrand hinausreichen. Gale Crater und Crommelin (Marskrater) sind zwei Krater, die große Hügel enthalten. Solche hohen Hügel wurden nach diesem Modell von Schichten gebildet, die zuerst den Krater füllten und sich dann um die umgebende Region herum aufbauten. Spätere Erosion entfernte Material um den Krater herum, hinterließ jedoch einen Hügel im Krater, der höher als sein Rand war. Beachten Sie, dass das Modell zwar Auftrieb und Verdunstung vorhersagt, die in anderen Gebieten (nördliches Tiefland) Schichten hätten produzieren sollen, diese Gebiete jedoch keine Schichten aufweisen, da die Schichten vor langer Zeit in der frühen hesperischen Epoche gebildet und daher später von späteren Ablagerungen verschüttet wurden.

Starke Beweise für grundwasserbildende Seen in tiefen Kratern wurden im Februar 2019 von einer Gruppe europäischer Wissenschaftler beschrieben. Die untersuchten Krater zeigten keine Ein- oder Auslässe; daher wäre das Wasser für den See aus dem Boden gekommen. Diese Krater hatten Böden, die ungefähr 4000 m unter dem "Meeresspiegel" des Mars lagen. Merkmale und Mineralien auf den Böden dieser Krater können sich nur in Gegenwart von Wasser gebildet haben. Einige der Merkmale waren Deltas und Terrassen. Einige der untersuchten Krater waren Oyama, Pettit, Sagan, Tombaugh, Mclaughlin, du Martheray, Nicholson, Curie und Wahoo. Es scheint, dass, wenn ein Krater tief genug war, Wasser aus dem Boden kam und sich ein See bildete.

Sockelkrater

  • Tikhonravov-Kraterboden mit zwei Sockelkratern, gesehen von Mars Global Surveyor. Klicken Sie auf das Bild, um dunkle Hangstreifen und Schichten zu sehen. Bild im arabischen Viereck .

  • Dunkle Hangstreifen und Schichten in der Nähe der Spitze eines Sockelkraters , wie von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms gesehen . Bild im arabischen Viereck .

  • Sockelkrater bilden sich, wenn die Ejekta von Einschlägen das darunter liegende Material vor Erosion schützen. Als Ergebnis dieses Prozesses erscheinen Krater über ihrer Umgebung.

  • Dunkle Hangstreifen und Schichten in der Nähe eines Sockelkraters, wie von HiRISE im Rahmen des HiWish-Programms gesehen. Schichten wurden durch die Spitze des Sockelkraters geschützt. Bild im arabischen Viereck .

Siehe auch

Verweise