10 دقیقه
شواهد زمینشناسی جدید حاکی از اقیانوس شمالی مریخ
میلیاردها سال پیش، ممکن است مریخ از یک جنبه اساسی تا حدی شبیه زمین بوده باشد: وجود گسترده آب سطحی. یک مطالعه جدید از دانشگاه آرکانزاس شواهد زمین‌شناسی‌ای ارائه میدهد که نشان میدهد رودخانههای بزرگی زمانی به سمت یک اقیانوس یا دریای وسیع در نیمکره شمالی مریخ جاری بوده‌اند. این تحلیل بر پایه مقایسه بین سنگ‌های رسوبی ناشی از رودخانه‌ها روی زمین و ساختارهای رسوبی قابل رؤیت از مدار در مریخ است، و شکل‌هایی مانند دلتاهای بالغ و نواحی بلند "پسآب" (backwater) را نشان میدهد که با ورود دهانه‌های رودخانه به آب‌های ساکن سازگارند.
پژوهشگران با ترکیب تصاویر مداری، داده‌های توپوگرافی و آنالوگهای میدانی زمینی، موردی منسجم ساختند که نشان میدهد در دوران کهن سیاره، دشت‌های پست شمالی مریخ میزبان توده گسترده‌ای از آب ساکن بوده‌اند. این مطالعه که در Geophysical Research Letters منتشر شده است، به رسوبات دلتايي و مورفولوژی کانال‌ها اشاره میکند که به‌راحتی با جریان‌های مجزا و گذرا توجیه نمی‌شوند، بلکه نمایانگر فعالیت‌های طولانی‌مدت فلوویال و رسوب‌گذاری‌اند.
چگونه رودخانه‌ها دلتاها را شکل می‌دهند: کمربندهای کانال و نواحی پسآب
رودخانه‌ها به‌طور طبیعی با گذر زمان پیچ‌وخم می‌خورند و جابجا می‌شوند و ذرات رسوب—شامل شن، لای و رس—را از منابع مرتفع به سمت پهنه‌های پایین‌تر حمل می‌کنند. ناحیه‌ای که یک رودخانه در طول زمان و به صورت جانبی اشغال میکند را "کمربند کانال" می‌نامند. هنگامی که رودخانه به سمت یک پهنه بزرگ و نسبتاً آرام از آب مانند اقیانوس یا دریاچه نزدیک میشود، سرعت جریان کاهش یافته و ظرفیت حمل رسوب رودخانه افت میکند. ذرات درشت‌تر ابتدا ته‌نشین می‌شوند و دلتا را می‌سازند و کمربند فعال کانال را در نزدیکی ساحل باریک می‌کنند.
یکی از نشانه‌های کلیدی ورود رودخانه به یک توده آب بزرگ و ایستا، وجود یک ناحیه پسآب گسترش‌یافته است: منطقهای در بالادست که جریان توسط آب ایستا کند میشود و رسوبات در فواصل طولانی ته‌نشین می‌گردند. روی زمین، پسآب رودخانه می‌سی‌سی‌پی حدود 230 مایل (در حدود 370 کیلومتر) به سمت بالادست از خلیج مکزیک تا نزدیکی باتن روژ امتداد دارد. یافتن نشانه‌های پسآب در مقیاس بزرگ که در رسوبات مریخی ثبت شده باشند، قویاً نشان میدهد که دبی‌های رودخانه‌ای طولانی‌مدت به سمت دریای شمالی تخلیه شده‌اند، نه اینکه فعالیت‌های آبی تنها محدود و کوتاه‌مدت بوده باشند.
تیم دانشگاه آرکانزاس الگوهایی را روی مریخ شناسایی کردند که با مورفولوژی دلتاهای ناشی از پسآب در زمین تطابق دارند. این ویژگی‌های مریخی از مدار قابل رؤیت‌اند زیرا در گستره‌های ده‌ها تا صدها کیلومتر پراکنده شده‌اند؛ مقیاسی که برای حفظ شدن در سوابق سیاره‌ای کافی است. تطبیق هندسه دلتا، توزیع دانه‌ها و تغییرات توپوگرافی در پهنه‌های وسیع، شواهد قوی‌تری نسبت به مشاهده شکل‌های کوچک و مجزا فراهم می‌آورد.
واژگونی توپوگرافی: خواندن بسترهای کهن رودخانه به‌صورت ریجها
یکی از قوی‌ترین ابزارها برای تفسیر رودخانههای کهن مفهوم "واژگونی توپوگرافی" است. در رودخانههای فعال، درشت‌ترین دانه‌ها به کف می‌رسند. اگر کانال بعداً رها شود، آن رسوبات درشت می‌توانند به‌وسیله سیمان‌شدن به سنگ‌های سخت—معمولاً ماسهسنگ—تبدیل شوند، در حالی که رسوبات ریزتر اطراف آسان‌تر فرسایش می‌یابند. طی میلیون‌ها سال، فرسایش ماده نرم‌تر را حذف میکند و بستر پیشین کانال را به‌عنوان یک برجستگی مثبت بر جای می‌گذارد؛ چیزی که به آن "ریج معکوس" یا "کانال معکوس" گفته میشود.
در زمین، تکتونیک صفحه‌ها ممکن است این بسترهای کهن کانال را در معرض دید قرار دهد. در مریخ—جایی که تکتونیک صفحه‌ای مشهود نیست—فرآیند غالب احتمالاً فرسایش متفاوت است: باد و مقدار محدود آب، ذرات ریز اطراف را می‌زدایند و بسترهای سیمان‌شده کانال را به‌صورت ریج‌های معکوس باقی می‌گذارند. این کمربندهای کانال معکوس در سطح مریخ نقشه‌برداری شده‌اند و نشاندهنده سیستم‌های فلوویال با دوام زمانی طولانی هستند که در رکورد رسوبی حفظ شده‌اند.
در شمالغرب آرکانزاس، پژوهشگران ماسهسنگ وِدینگتون (Wedington Sandstone) را بررسی کردند؛ واحدی به قدمت حدود 300 میلیون سال که شبکهای معکوس از کانال‌ها را حفظ کرده است. مشاهدات میدانی در آن‌جا به تیم کمک کرد تا تفسیرهایشان از ریجها و دلتاهای مریخی را کالیبره کنند. نمونه وِدینگتون جالب توجه است زیرا حاوی چیزی است که تیم از آن به‌عنوان یک دلتا رودخانه‌ای معکوس یاد میکند—یک آنالوگ زمینی غیرمعمول که پل بین زمینشناسی میدانی و سنجش از راه دور روی مریخ ایجاد میکند. مطالعه چنین آنالوگ‌هایی در زمین برای تشخیص ساختارهای رسوبی، اندازه ذرات و ترتیب لایه‌ها (stratigraphy) روی مریخ حیاتی است.
کشف‌های کلیدی و پیامدها برای اکتشاف مریخ
یافته‌های اصلی مطالعه عبارتند از:
- رسوبات دلتايي در مقیاس مداری و نواحی بلند پسآب روی مریخ با جریان رودخانههای بزرگ که به یک اقیانوس شمالی یا دریای بسیار وسیع تخلیه می‌شده‌اند سازگارند.
- کمربندهای کانال معکوس و دلتاهایی که از مدار قابل رؤیت‌اند، یک رکورد پایدار از فعالیت فلوویال پایدار و رسوب‌گذاری طولانی‌مدت بر جای می‌گذارند.
- آنالوگهای زمینی مانند ماسهسنگ وِدینگتون نمونه‌های میدانی واقعی فراهم می‌کنند که نحوه خوانش چشم‌اندازهای رسوبی مریخی را دقیق‌تر می‌سازند.
اگر یک اقیانوس شمالی باستانی وجود داشته باشد، پیامدها برای اقلیم، تکامل سطحی و احتمال وجود محیط‌های قابل زیست روی مریخ اولیه بسیار مهم‌اند. توده‌های بزرگ و پایدار آب احتمال بروز محیط‌های آبی نزدیک سطح را برای دوره‌های طولانی افزایش می‌دهند—شرایطی که روی زمین با پایداری زیستی و تشکیل زندگی مرتبط است. وجود اقیانوس گسترده همچنین میتواند نشانگر چرخه‌های هیدرولوژیک پیوسته، انتقال رسوب بین حوزه‌ها و شرایط آب‌وهوایی متفاوت در مقیاس سیاره‌ای در دوران اولیه مریخ باشد.
این مطالعه بر مجموعه داده‌های سنجش از دور (تصاویر با وضوح بالا و مدل‌های دیجیتال ارتفاعی یا DEM) همراه با اصول رسوب‌شناسی و مشاهدات میدانی تکیه دارد. آزمون بیشتر این فرضیه میتواند توسط مأموریتهای روباتیک آتی انجام شود: ریزکاوشگرها (rovers) و ماموریت‌های مداری هدف‌گذاری‌شده می‌توانند به دنبال سازندهای رسوبی، شاخص‌های اندازه ذره و نشانه‌های معدنی (برای مثال کانیهای رسی و سولفات‌ها) باشند که ثبت‌کننده آب ایستا و تشکیل دلتا طی زمان‌های طولانی‌اند. چنین شواهدی شامل چینش لایه‌ای مشخص دلتا، توالی دانه‌بندی‌های گوناگون و وجود مواد کانی‌شناسانه متأثر از آب می‌باشند.
بینش کارشناسی
«معماری رسوبی در مقیاس بزرگ اثر انگشت هیدرولوژی گذشته است،» می‌گوید دکتر مایا پاتل (کارشناس سیاره‌ای، ساختگی) که سیستم‌های رودخانه‌ای باستانی را مطالعه میکند. «زمانی که می‌توانی هندسه دلتا و گستره پسآب را با آنالوگهای زمینی تطبیق دهی، از حدس و گمان فراتر می‌روی. این کار یک استدلال متقاعدکننده ارائه میدهد که دشت‌های شمالی مریخ تنها لکه‌های مرطوب نبوده‌اند، بلکه سیستم‌های پیوسته فلوویال تا دریایی را میزبانی کرده‌اند که یک رکورد رسوب‌شناسی ماندگار بر جای گذاشته‌اند.»
چنین دیدگاه کارشناسی تأکید میکند که رویکردهای چندرشته‌ای—ترکیب سنجش از دور سیاره‌ای، رسوب‌شناسی و زمینشناسی میدانی—برای بازسازی گذشته آبی مریخ ضروری‌اند. علاوه بر این، تلفیق داده‌های میدانی آنالوگهای زمینی با تحلیل آماری تصاویر مداری و مدل‌های توپوگرافی میتواند اعتبار نتایج را افزایش دهد و به طراحی آزمایش‌ها و پیمایش‌های آتی کمک کند.
ملاحظات فنی و روش‌شناسی
روش‌شناسی مطالعه شامل تحلیل تصاویر با وضوح بالا (مانند تصاویر ناسا و ESA)، مقایسه DEMهای دقیق و بررسی میدان‌های رسوب‌شناسی روی زمین بود. محققان از فیلترهای هندسی برای استخراج الگوهای کانالی، محاسبه شاخص‌های شیب و تعیین الگوهای پراکنش ذرات استفاده کردند. همچنین مدل‌سازی هیدرودینامیکی ساده برای ارزیابی اینکه چه دبی‌ها و شیب‌هایی می‌توانستند ناحیه‌های پسآب طولانی‌مدت ایجاد کنند بهکار گرفته شد. ترکیب شواهد هندسی با مدل‌های فیزیکی کمک میکند تا محدودیت‌هایی روی سن، مدت و شدت جریان‌های باستانی اعمال شود.
نکته مهم این است که تفکیک بین ساختارهای رسوبی ناشی از دریاچه‌های محلی بزرگ و اقیانوس فراتر از نشانه‌های هندسی ساده است: بررسی ترکیب کانی‌شناسی، الگوهای لایه‌ای و روابط زیرین (بستر-روانی) برای تعیین وسعت واقعی آب ایستا لازم است. به‌عنوان مثال، وجود رسوبات کربناته یا گسترده لایه‌هایی با ترکیب شیمیایی سازگار با آب شور میتواند نشانه‌ای از اتصال به پهنه‌ای بسیار وسیع‌تر باشد.
چالش‌ها و مسیرهای تحقیقی آینده
چند چالش باقی می‌ماند: فرسایش پسین، پوشش خاکی و رسوبات آتشفشانی می‌توانند زبان رسوبی اصلی را پنهان کنند. همچنین تعیین دقیق سن رسوبات و تطابق آن با دوره‌های اقلیمی مریخ (مانند دوره نئوواری یا نوآکیان) نیازمند داده‌های رادیومتریک یا مطالعات روی لایه‌های آتشفشانی مرتبط است که در بسیاری از نقاط مریخ در دسترس نیست. با این حال، استفاده از ترکیبی از آنالیزهای معدنی از راه دور (طیف‌سنجی)، سنجش بافت و الگوهای لایه‌ای و نمونهبرداری میتواند این ابهامات را کاهش دهد.
در آینده، مأموریتهای نمونهبرداری و بازگرداندن نمونه (sample-return) از مناطق دلتايي یا ریج‌های معکوس میتواند اطلاعات مستقیم‌تری درباره اندازه‌ذرات، ترکیب شیمیایی و سن گذاری فراهم کند. همچنین توسعه روش‌های نوین سنجش از دور برای تشخیص ساختارهای ریزلایه‌ای و تعیین تغییرات کوچک توپوگرافی میتواند مکان‌یابی دقیق‌تری برای فرود مریخ‌نوردها ایجاد کند.
نتیجه‌گیری
مطالعه دانشگاه آرکانزاس فرضیه وجود یک اقیانوس شمالی گسترده در مریخ باستان را با شناسایی سیگنال‌های رسوبی و زمین‌ریخت‌شناختی که مشخصه دهانه‌های رودخانه و نواحی پسآب طولانی هستند، تقویت میکند. با مقایسه داده‌های مداری مریخ با آنالوگهای میدانی زمین مانند ماسهسنگ وِدینگتون، پژوهشگران قادرند تا خوانش بهتری از کمربندهای کانال معکوس و ویژگی‌های دلتايي حفظ‌شده روی مریخ ارائه دهند. این یافته‌ها تصویر ما از مریخ اولیه را به‌سمت سیاره‌ای با هیدرولوژی فعال‌تر نسبت به امروز شفاف‌تر می‌سازند و نقاط هدف جدید و پیش‌بینی‌پذیر برای مأموریتهای مداری و سطحی آتی جهت جستوجوی رسوبات با قابلیت نگهداری زیست‌نشانه (biosignatures) فراهم می‌آورند.
منتشرشده در Geophysical Research Letters، این کار زمینه‌های تحقیقاتی جدیدی را پیشنهاد میدهد و استدلال قوی‌تری ارائه میکند که اقلیم باستانی مریخ امکان وجود آب سطحی پایدار را داشته است؛ موضوعی که نه تنها برای فهم تاریخ آب در منظومه خورشیدی بلکه برای ارزیابی پتانسیل زیست‌پذیری گذشته مریخ اهمیت دارد. آینده اکتشاف مریخ—شامل ماموریت‌های مداری، فرود و نمونهبرداری—میتواند با آزمون‌های مشخص (جستوجوی کانیهای رسی، سولفات‌ها و توالی‌های لایه‌ای دلتايي) این نظریه را بیشتر محک بزند.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر