Wetenschappers hebben de Medusae Fossae Formation (MFF) voor het eerst waargenomen in de jaren zestig, dankzij de inspanningen van de Zeeman ruimtevaartuig. Deze enorme afzetting van zacht sedimentair gesteente strekt zich uit over ongeveer 1000 km (621 mijl) langs de evenaar en bestaat uit golvende heuvels, abrupte mesa's en merkwaardige bergkammen (ook bekend als yardangs) die het resultaat lijken te zijn van winderosie. Bovendien veroorzaakte een ongewone hobbel bovenop deze formatie ook een UFO-samenzweringstheorie.
Onnodig te zeggen dat de formatie een bron van wetenschappelijke nieuwsgierigheid was, waarbij veel geologen probeerden uit te leggen hoe ze zich had kunnen vormen. Volgens een nieuwe studie van de Johns Hopkins University was de regio het resultaat van vulkanische activiteit die meer dan 3 miljard jaar geleden plaatsvond op de Rode Planeet. Deze bevindingen kunnen ingrijpende gevolgen hebben voor het inzicht van wetenschappers in het interieur van Mars en zelfs in het verleden voor bewoonbaarheid.
De studie - die onlangs verscheen in de Journal of Geophysical Research: Planets onder de titel "The Density of the Medusae Fossae Formation: Implications for its Composition, Origin, and Importance in Martian History" - werd uitgevoerd door Lujendra Ojha en Kevin Lewis, een Blaustein-wetenschapper en een assistent-professor aan de afdeling Aarde en Planetaire Wetenschappen aan de Johns Hopkins University.
Ojha's eerdere werk omvatte het vinden van bewijs dat water op Mars voorkomt in seizoensgebonden pekelstromen aan de oppervlakte, die hij in 2010 ontdekte als student. Lewis heeft ondertussen veel van zijn academische carrière gewijd aan de diepgaande studie van de aard van sedimentair gesteente op Mars om te bepalen wat dit geologische record ons kan vertellen over het klimaat en de bewoonbaarheid van die planeet in het verleden.
Zoals Ojha uitlegde, staat de studie van de Medusa Fossae-formatie centraal om de geologische geschiedenis van Mars te begrijpen. Net als de regio Tharsus Montes, werd deze formatie gevormd in een tijd dat de planeet nog steeds geologisch actief was. "Dit is een enorme afzetting, niet alleen op Mars-schaal, maar ook in termen van het zonnestelsel, omdat we geen andere afzetting kennen die zo is", zei hij.
In wezen is sedimentair gesteente het resultaat van steenstof en puin dat zich ophoopt op het oppervlak van een planeet en na verloop van tijd verhard en gelaagd wordt. Deze lagen dienen als geologisch record en geven aan welke soorten processen op het oppervlak plaatsvonden op het moment dat de lagen werden afgezet. Als het gaat om de Medusae Fossae-formatie, wisten wetenschappers niet zeker of wind, water, ijs of vulkaanuitbarstingen verantwoordelijk waren voor de afzettingen.
In het verleden zijn radarmetingen gedaan aan de formatie die suggereerde dat Medusae Fosssae een ongebruikelijke samenstelling had. Wetenschappers wisten echter niet of de formatie was gemaakt van zeer poreus gesteente of een mengsel van gesteente en ijs. Omwille van hun studie gebruikten Ojha en Lewis zwaartekrachtgegevens van verschillende Mars-orbiters om de dichtheid van de formatie voor het eerst te meten.
Wat ze ontdekten was dat de rots ongebruikelijk poreus is en ongeveer tweederde zo dicht is als de rest van de Mars-korst. Ze gebruikten ook radar- en zwaartekrachtgegevens om aan te tonen dat de dichtheid van de formatie te groot was om te worden verklaard door de aanwezigheid van ijs. Hieruit concludeerden ze dat het zwaar poreuze gesteente moest zijn afgezet door vulkaanuitbarstingen toen Mars nog geologisch actief was - ca. 3 miljard jaar geleden.
Terwijl deze vulkanen explodeerden en as en rots in de atmosfeer wierpen, zou het materiaal dan weer naar de oppervlakte zijn gevallen, lagen opbouwen en heuvels afdalen. Na voldoende tijd zou de as in de rots zijn gecementeerd, die in de loop van de tijd langzaam werd uitgehold door Martiaanse winden en stofstormen, waardoor de Formation-wetenschappers het daar vandaag zien. Volgens Ojha suggereren deze nieuwe bevindingen dat het interieur van Mars complexer is dan eerder werd gedacht.
Terwijl wetenschappers al geruime tijd weten dat Mars een aantal vluchtige stoffen heeft - dwz water, kooldioxide en andere elementen die gas worden met een lichte temperatuurstijging - in zijn korst die zorgt voor periodieke explosieve uitbarstingen op het oppervlak, is het soort uitbarsting dat nodig is het creëren van de regio Medusa Fossae zou enorm zijn geweest. Dit geeft aan dat de planeet enorme hoeveelheden vluchtige stoffen kan bevatten. Zoals Ojha uitlegde:
'Als je de Medusae Fossae wereldwijd zou verspreiden, zou dat een laag van 9,7 meter (32 voet) vormen. Gezien de enorme omvang van deze afzetting is het echt ongelooflijk omdat het impliceert dat het magma niet alleen rijk was aan vluchtige stoffen en ook dat het gedurende lange tijd vluchtig rijk moest zijn. ”
Bovendien zou deze activiteit een drastische impact hebben gehad op de bewoonbaarheid van Mars in het verleden. In feite zou de vorming van de Medusae Fossae-formatie plaatsvinden tijdens een cruciaal punt in de geschiedenis van Mars. Nadat de uitbarsting had plaatsgevonden, zouden enorme hoeveelheden kooldioxide en (waarschijnlijk) methaan in de atmosfeer zijn uitgestoten, wat een aanzienlijk broeikaseffect zou hebben veroorzaakt.
Bovendien gaven de auteurs aan dat de uitbarsting voldoende water zou hebben uitgestoten om Mars te bedekken in een mondiale oceaan met een dikte van meer dan 9 cm (4 inch). Dit resulterende broeikaseffect zou voldoende zijn geweest om het oppervlak van Mars zo warm te houden dat het water vloeibaar zou blijven. Tegelijkertijd zou de uitstoot van vulkanische gassen zoals waterstofsulfide en zwaveldioxide de chemie van het oppervlak en de atmosfeer van Mars hebben veranderd.
Dit alles zou een drastische impact hebben gehad op de potentiële bewoonbaarheid van de planeet. Bovendien, zoals Kevin Lewis aangaf, toont de nieuwe studie aan dat zwaartekrachtsonderzoeken het potentieel hebben om het geologische record van Mars te interpreteren. "Toekomstige zwaartekrachtsonderzoeken zouden kunnen helpen onderscheid te maken tussen ijs, sedimenten en stollingsgesteenten in de bovenste korst van de planeet", zei hij.
Het bestuderen van Mars-oppervlaktekenmerken en geologische geschiedenis lijkt veel op het schillen van een ui. Met elke laag die we terugtrekken, krijgen we weer een stukje van de puzzel, wat samen een rijke en gevarieerde geschiedenis oplevert. In de komende jaren en decennia zullen meer robotmissies de oppervlakte en atmosfeer van de Rode Planeet bestuderen ter voorbereiding op een uiteindelijke bemande missie in de jaren 2030.
Al deze missies zullen ons in staat stellen meer te weten te komen over het warmere, nattere verleden van Mars en of het daar al dan niet heeft bestaan (of misschien nog steeds!)
