لغز مياه المريخ يتعمق مع أحدث اكتشافات المياه الجوفية

كشفت دراسة أن المريخ القديم كان لديه معدل تغذية منخفض للمياه الجوفية، مما يشير إلى أنه على الرغم من وجود أدلة على وجود مياه على سطحه، إلا أن نظام المياه على الكوكب كان مختلفًا تمامًا عن نظام الأرض. تسلط هذه النتيجة، المستمدة من أساليب النمذجة المختلفة، الضوء على التحديات التي تواجه فهم الماضي الهيدرولوجي للمريخ ولها آثار على الاستكشاف المستقبلي والبحث عن الموارد المائية. (مفهوم الفنان.) الائتمان: SciTechDaily.com

تشير الأبحاث إلى أنها قديمة المريخ كان لديه الحد الأدنى من إعادة تغذية المياه الجوفية، ويختلف بشكل كبير عن ديناميكيات المياه على الأرض، مما يؤثر على فهمنا لمناخها ويساعد في مهام المريخ المستقبلية.

كان المريخ ذات يوم عالمًا رطبًا. يُظهر السجل الجيولوجي للكوكب الأحمر أدلة على تدفق المياه على السطح – من دلتا الأنهار إلى الوديان التي حفرتها الفيضانات العارمة.

لكن دراسة جديدة تظهر أنه بغض النظر عن كمية الأمطار التي تساقطت على سطح المريخ القديم، فإن القليل منها يتسرب إلى طبقة المياه الجوفية في المرتفعات الجنوبية للكوكب.

توصل أحد طلاب الدراسات العليا في جامعة تكساس في أوستن إلى هذا الاكتشاف من خلال نمذجة ديناميكيات إعادة شحن المياه الجوفية لطبقة المياه الجوفية باستخدام مجموعة من الأساليب – بدءًا من النماذج الحاسوبية وحتى الحسابات البسيطة.

المريخ بالألوان الحقيقية، التقطتها بعثة الإمارات للمريخ في أغسطس 2021. تصوير: Kevin M. Gill

إعادة تغذية المياه الجوفية على المريخ

وبغض النظر عن درجة التعقيد، فقد تقاربت النتائج على نفس الإجابة – وهي نسبة ضئيلة تبلغ 0.03 ملم من تغذية المياه الجوفية سنويًا في المتوسط. وهذا يعني أنه أينما سقط المطر في النموذج، كان من الممكن فقط أن يدخل إلى طبقة المياه الجوفية ما متوسطه 0.03 ملليمتر سنويًا ويستمر في إنتاج الأشكال الأرضية المتبقية على الكوكب اليوم.

للمقارنة، فإن المعدل السنوي لتغذية المياه الجوفية لطبقات المياه الجوفية في ترينيتي وإدواردز ترينيتي التي توفر المياه لسان أنطونيو يتراوح عمومًا من 2.5 إلى 50 ملم سنويًا، أو حوالي 80 إلى 1600 ضعف معدل إعادة تغذية طبقة المياه الجوفية المريخية الذي حسبه الباحثون.

وقال المؤلف الرئيسي إريك هيات، طالب الدكتوراه في كلية جاكسون لعلوم الأرض، إن هناك مجموعة متنوعة من الأسباب المحتملة لمثل هذه المعدلات المنخفضة لتدفق المياه الجوفية. عندما هطلت الأمطار، ربما تكون المياه قد انجرفت في الغالب عبر المناظر الطبيعية المريخية على شكل جريان سطحي. أو ربما لم تمطر كثيرًا على الإطلاق.

الآثار المترتبة على مناخ المريخ واستكشافه

يمكن لهذه النتائج أن تساعد العلماء على تقييد الظروف المناخية القادرة على إنتاج الأمطار على المريخ المبكر. كما أنها تشير إلى وجود نظام مائي مختلف تمامًا على الكوكب الأحمر عما هو موجود على الأرض اليوم.

وقال هيات: “إن حقيقة أن المياه الجوفية ليست عملية كبيرة قد تعني أن هناك أشياء أخرى كذلك”. “قد يؤدي ذلك إلى تضخيم أهمية الجريان السطحي، أو قد يعني أن المطر لم يهطل بنفس القدر على المريخ. لكنه يختلف جوهريًا عن الطريقة التي نفكر بها [water] على الارض.”

ونشرت النتائج في المجلة إيكاروس. المؤلفون المشاركون في هذه الورقة هم محمد أفضل شادب، طالب الدكتوراه في مدرسة جاكسون وأعضاء هيئة التدريس شون جوليك، وتيموثي جود، ومارك هيس.

المؤلف الرئيسي إريك هيات، طالب الدكتوراه في كلية UT أوستن جاكسون لعلوم الأرض، مع كرة أرضية للمريخ. الائتمان: جامعة تكساس في أوستن / كلية جاكسون لعلوم الأرض

تعمل النماذج المستخدمة في الدراسة من خلال محاكاة تدفق المياه الجوفية في بيئة “حالة مستقرة” حيث يتم توازن تدفق المياه إلى طبقة المياه الجوفية وتدفقها إلى الخارج. ثم قام العلماء بعد ذلك بتغيير العوامل المؤثرة على التدفق – على سبيل المثال، مكان سقوط المطر أو متوسط ​​مسامية الصخور – ولاحظوا ما هي المتغيرات الأخرى التي يجب أن تتغير للحفاظ على الحالة المستقرة ومدى معقولية تلك الشحنات.

وفي حين قام باحثون آخرون بمحاكاة تدفق المياه الجوفية على المريخ باستخدام تقنيات مماثلة، فإن هذا النموذج هو الأول الذي يدمج تأثير المحيطات التي كانت موجودة على سطح المريخ منذ أكثر من ثلاثة مليارات سنة في أحواض هيلاس وأرجيري وبورياليس.

تتضمن الدراسة أيضًا البيانات الطبوغرافية الحديثة التي تم جمعها بواسطة الأقمار الصناعية. وقال هيات إن المناظر الطبيعية الحديثة لا تزال تحتفظ بواحدة من أقدم السمات الطبوغرافية وأكثرها تأثيراً على كوكب الأرض – وهو الفارق الشديد في الارتفاع بين نصف الكرة الشمالي – الأراضي المنخفضة – ونصف الكرة الجنوبي – المرتفعات – المعروف باسم “الانقسام الكبير”. ويحتفظ هذا الانقسام بعلامات تشير إلى ارتفاع مياه القاع إلى السطح في الماضي، حيث ارتفعت المياه الجوفية من طبقة المياه الجوفية إلى السطح. استخدم الباحثون علامات جيولوجية لأحداث التقلبات الماضية لتقييم مخرجات النماذج المختلفة.

ومن خلال نماذج مختلفة، وجد الباحثون أن متوسط ​​معدل إعادة شحن المياه الجوفية يبلغ 0.03 ملليمتر سنويًا، وهو ما يتطابق بشكل وثيق مع ما هو معروف عن السجل الجيولوجي.

لا يقتصر البحث على فهم ماضي الكوكب الأحمر فحسب. وله آثار على استكشاف المريخ في المستقبل أيضًا. وقال هيات إن فهم تدفق المياه الجوفية يمكن أن يساعد في تحديد مكان العثور على المياه اليوم. سواء كنت تبحث عن علامات الحياة القديمة، أو تحاول دعم المستكشفين البشريين، أو صنع وقود الصواريخ للعودة إلى الأرض، فمن الضروري معرفة المكان الذي من المرجح أن تكون فيه المياه.

مرجع: “التغذية المحدودة لطبقة المياه الجوفية في المرتفعات الجنوبية في أوائل المريخ” بقلم إريك هيات، محمد أفضل شادب، شون بي إس جوليك، تيموثي أ. جود ومارك أ. هيس، 9 سبتمبر 2023، إيكاروس.
دوى: 10.1016/j.icarus.2023.115774

تم تمويل البحث من قبل ناساومعهد الجيوفيزياء بجامعة تكساس ومركز UT للسكن على الكواكب.