Az európai Mars Express űrszonda nemrégiben elemzett radaros mérései alapján a Mars déli pólusát borító jégsapka alatt olyan visszaverődési jelet észleltek, amelyet folyékony halmazállapotú vízként lehetett értelmezni. Két amerikai planetológus kutató (csillagász-fizikus és geofizikus végzettségűek) a radarmérési adatok alapján feltételezett víz jelenlétének okát próbálta feltárni, s megmagyarázni, milyen körülmények hatására jöhetett létre, amennyiben valóban folyékony víz látszik a radarképeken.

A Mars felszínén jelenleg nem alkalmasak a körülmények arra, hogy stabilan megmaradó folyékony vizet találjunk, ilyenre utoljára akkor lehetett alkalom, amikor az amazóniai korszakban (1,8 milliárd éve kezdődött s napjainkig ez tart a Marson) a vulkáni tevékenység hatására rövidebb időszakokra kialakulhatott a folyékony halmazállapot is. A másik lehetőség, hogy a jégréteget alulról olvasztja meg a mélyből eredő hő, ehhez is szükséges persze, hogy a kémiai feltételek és a geotermális hő megfelelőek legyenek. A Mars ősi időszakában nagyon valószínű, hogy elő is fordult, jelentős hatással lehetett a bolygó hidrológiai ciklusára, azonban a közeli múlt során kétséges lehet az ehhez megfelelő helyzet. A radarjelek alapján feltételezett víz okának a jég alatti sók, jórészt perklorátok jelenléte lehet az egyik magyarázat, így ugyanis a jég olvadáspontja alacsonyabbá válik. A két kutató most pontosan kiszámította, hogy mik is a szükséges feltételek és mi idézheti azokat elő.

Mivel a Marson eddig magnézium, nátrium és kalcium perklorátokat találtak, ezen anyagokra számították ki a kutatók a minimálisan szükséges hőáram mennyiségét, amennyiben a jégsapka alján a perklorát és a vízjég keveréke található meg. Mivel a vízre utaló radarjelet a jégsapka felszínétől számított 1500 m mélységben észlelték, itt lehet a jégréteg alsó határa, e régióra végezték el a számításokat is. Ezekhez figyelembe vettek és részleteiben elemeztek olyanokat, mint pl. a jégsapka jegében az össz perklorát mennyisége, a jégben lévő por mennyisége és annak réteges vagy egyenletesen kevert volta, a jégfelszínre télen szárazjégként kirakódó szén-dioxid; majd a jégsapka felszíni hőmérsékletéből kiindulva kiszámolták a különböző rétegekre vonatkozó hővezetést, s az 1500m vastag jégrétegben 1 méterenkénti lépésekben annak hőmérsékletét. Így, apránként a jégréteg aljához elérkezve annak kapott hőmérsékletét összevetették a különböző perklorátokkal kevert víz olvadáspontjával. A különféle összetételű és rétegződésű jégtakaró-modellekre kiszámolták a jégréteg alatti talaj minimum szükséges hőáramlásának mértékét ahhoz, hogy olvadék alakulhasson ki a jég aljában. Az eltérő portartalmú modellek közt jelentős eltérések voltak, s mivel a különböző perklorátok is eltérő mértékben befolyásolják a jég olvadáspontját, ezek is különbségeket produkáltak a végeredményben. A legoptimálisabb esetnek az bizonyult, amikor a jégben lévő össz kalcium-perklorát fele a jégréteg alján volt, s 20% por keveredett a jégrétegbe: 72 mW/m2 hőáramra volt ekkor szükség a jégsapka alján az olvadt vízréteg kialakulásához (összevetésül: ha se perklorát, se por nincs a jégben, akkor 219 mW/m2 szükséges).
A gyakorlatban ez azt jelenti, hogy amennyiben a lehető legideálisabb az összetétele a jégsapkának, akkor az aljkőzetben 72 mW/m2 hőáramlás szükséges ahhoz, hogy ott olvadt víz alakulhasson ki. A jelenlegi marsi körülmények azonban mindössze 14-25 mW/m2 értéket tesznek lehetővé a bolygó teljes felületének átlagában, régiónkénti kis változásokkal, így egészen nehezen elképzelhető, hogy normál körülmények közepette kialakulhat akár csupán a számítások alapján minimálisan szükséges hőáram is.

Viszont a jégsapka alatt speciális geológiai körülmények hatására mégis létre jöhet ilyen nagy mértékű hőáram, a Földön pl. az antarktiszi jég alatt 200mW/m2-t is mértek, ami szintén jóval nagyobb a földi átlagnál. A Mars esetében azonban számos olyan lehetőség kiesik, ami által megnőhetne a hőáram, pl. adott a kéreg vastagsága, illetve nincs aktív lemeztektonika sem a vörös bolygón. Valamelyest emelhetné az értéket, ha a sarki jégsapka alatti kéregben lokálisan több volna a hőtermelő kémiai elem, azonban ésszerű mennyiségben ez sem volna elegendő ahhoz, hogy a kívánt minimális értéket elérhesse a hőáram.

A kutatók egyetlen lehetőséget találtak csupán, amelynek hatására a kellő erősségű hőáram kialakulhat: a jégsapka alatti magmatikus hatások. Ehhez a marsi pajzsvulkánokra készült modell segítségével kiszámították, hogy milyen mélységben és mekkora magmakamrának kell jelen lennie a felszín alatt. Az eredmény alapján egy minimum 5 km átmérőjű, 8 km-es mélységben (a magmakamrát gömbként elképzelve, annak középpontját tekintve a mélységadatnak) elhelyezkedő magmakamrára lenne szükség ahhoz, hogy a felszínen képes legyen a belőle eredő hő a jég aljának megolvasztására. A legnagyobb hőáram a magmakamra kialakulását követő 300 ezer évig áll fenn, majd fokozatosan lecsökken, s kb. 2 millió év alatt eléri a kéreg átlagos értékét.
Ásványtani jelek utalnak arra, hogy a déli sarkvidék alatt volt aktív vulkanizmus az amazóniai kor előtt, s az amazóniai kor utolsó időszakában is lehettek aktív vulkánok a bolygón, beleértve az 5 millió évesnek, vagy annál is fiatalabbnak tartott formákat. Emellett a marsi eredetű meteoritok is tartalmaznak az amazóniai korból aktív vulkáni tevékenységére utaló nyomokat.

A kutatók véleménye szerint ahhoz, hogy a jégsapka alatti olvadt réteg jelen lehessen, kb. 100 ezer éve kialakult magmakamrára lehet szükség, sőt, amennyiben ez megfelelő mélységű és átmérőjű, még az sem szükséges, hogy a jégrétegben jelentős mennyiségű perklorát legyen, a felszín alatt 6 km-rel elhelyezkedő, 6 km átmérőjű magmakamra esetén a tiszta víz megolvasztásához is elegendő hő jutna a kőzetréteg felszínéig. A radarjel alapján egy kb. 20km2 nagyságú területen látható az, amit folyékony vízrétegnek vélnek – ha ez valóban mind vizet jelez, akkor a magmakamra méretére kapott adat megfeleltethető e területnek. A magmakamrában lévő kőzetolvadéknak egyáltalán nem kell a felszínt elérnie, vagyis nincs szükség vulkánkitörésre, csupán a magma jelenlétére. Ha viszont ez valós eset, akkor arra is utalhat, hogy a Marson még aktív geológiai folyamatok vannak, s ezek hatására a geológiai közelmúltban másutt is létrejöhetett kellő hőmérséklet, amely a jeget megolvasztva akár az élet lehetőségét is fenntarthatta.

Azt is megjegyzik azonban a kutatók, hogy a radarmérés alapján levont következtetés, miszerint olvadt vízréteg van a jégsapka alatt, egyáltalán nem biztos, hogy helyes. A radarjel értelmezéséhez készített számítások néhány kevésbé pontosan ismert tényezőt nem vettek figyelembe, így elképzelhető más jellegű helyzet is, amelyben a radarjel visszaverődése megtévesztésig hasonló lehet az olvadt vízrétegéhez, ezért elsősorban azt kellene tisztázni, hogy valóban víz van-e a mélyben. Ha ez kiderül, s esetleg pontosabb adatok is születnek róla, akkor lehet finomítani a felszín alatti vulkanikus hatásokat bevonó elméletet is majd.

A kutatás eredménye február 12-én látott napvilágot a Geophysical Research Letters-ben, a teljes cikk itt olvasható.

Landy-Gyebnár Mónika
(További fordítások a szerzőtől facebookon:  Égen – Földön – Föld alatt)