Experiment wijst op een lichte oeroude korst van Mars

Lang voordat Mars een koude woestijn werd, kan de planeet onder een oceaan van gesmolten gesteente hebben gelegen. Wat boven kwam drijven toen die massa afkoelde, bepaalt mede hoe onderzoekers de oudste delen van de planeet lezen.

Een internationaal team heeft dat stollingsproces in het laboratorium nagebootst. De uitkomst wijst op een lichte oerkorst van meer dan 30 kilometer dik, vooral opgebouwd uit het mineraal plagioklaas en met kwarts als opvallend bestanddeel. Wim van Westrenen van de Vrije Universiteit Amsterdam is mede-auteur van de studie in Science Advances.

Een magmaoceaan laten afkoelen

De onderzoekers begonnen niet met een stukje Marskorst. Zij maakten synthetische mengsels die zijn gebaseerd op een bijgewerkte schatting van de Martiaanse mantel. Onder hoge druk en temperatuur volgden ze welke mineralen ontstaan als gesmolten gesteente kristalliseert.

Zwaardere kristallen zakken in zo’n jonge planeet eerder naar beneden. Lichtere mineralen kunnen juist naar boven drijven en daar een eerste korst vormen. In de experimenten speelde plagioklaas die drijvende rol. Thermochemische berekeningen vertaalden de meetresultaten vervolgens naar de schaal van een hele planeet.

Daaruit kwam een zogeheten protokorst van ruim 30 kilometer naar voren. De berekening houdt rekening met een diepe magmaoceaan en een relatief oxiderende chemische omgeving. Dat is technisch belangrijk: andere aannames over de mantel of de hoeveelheid zuurstof kunnen tot een andere volgorde van mineralen leiden.

Wat er werkelijk nieuw is

Eerdere modellen leverden geen eenduidig beeld van de allereerste Marskorst. Het nieuwe werk combineert een recentere schatting van de samenstelling met experimenten over een groter dieptebereik. Zo ontstaat een concretere voorspelling voor zowel dikte als mineralogie.

Volgens de auteurs past die voorspelling bij een deel van de mineralen die ruimtesondes aan het oppervlak op afstand hebben gevonden. Dat is steun voor het model, maar geen foto van een intacte wereldwijde laag. Inslagkraters, vulkanisme, smelten en chemische verwering hebben de buitenkant van Mars miljarden jaren veranderd.

De studie onderscheidt daarmee een experimenteel haalbaar vormingspad van een bevestigde planetaire geschiedenis. Plagioklaas en kwarts kunnen door meerdere geologische processen ontstaan; hun aanwezigheid alleen bewijst geen wereldwijde magmaoceaan.

Nederlandse expertise, planetaire vraag

De directe Nederlandse verbinding zit in de deelname van de Vrije Universiteit Amsterdam. Van Westrenen onderzoekt de samenstelling en evolutie van planeten met experimenten bij hoge druk en temperatuur. Die expertise helpt om waarnemingen van Mars te koppelen aan processen die niet meer rechtstreeks zichtbaar zijn.

Voor Nederlandse lezers is dit geen verandering in dagelijks ruimtevaartbeleid, maar een tastbaar voorbeeld van hoe laboratoriumwerk hier bijdraagt aan een grote vraag: hoe werden rotsplaneten opgebouwd nadat ze waren ontstaan?

De beslissende test ligt nog op Mars

De grootste beperking is de afstand tussen het experiment en de planeet. De exacte samenstelling van de vroege mantel, de diepte van de magmaoceaan en de oxidatietoestand zijn gereconstrueerd. Bovendien kan een oorspronkelijke korst later grotendeels zijn omgewerkt.

Analyse van zorgvuldig gekozen Marsmonsters zou mineralen, ouderdom en chemische verhoudingen directer kunnen vergelijken met de voorspelling. Tot die tijd is de lichte protokorst een sterk onderbouwde hypothese, geen waargenomen continent rond de hele planeet.

Bronnen

• Peer-reviewed studie in Science Advances
• Onderzoeksprofiel van Wim van Westrenen bij de Vrije Universiteit Amsterdam