‘Op Mars stroomt modder zonder dat er water aan te pas komt’

Als kind wist Lonneke Roelofs het zeker. Later zou ze de aarde onderzoeken. Lezend in National Geographic en tijdens wandelingen met haar ouders zag ze zichzelf al wetenschappelijk veldwerk doen in de natuur. Later, op de middelbare school in de mediatheek, typte ze in haar zoekbalk ‘studie aarde’. De studie aardwetenschappen in Utrecht verscheen op haar beeldscherm. En dat ging ze studeren.

Maar nu promoveert Roelofs (28) met een onderzoek naar Mars. Tijdens haar studie en later toen ze lesgaf op de universiteit verdiepte ze zich in hoe verschillende landschappen zich vormen op aarde. Toen fysisch geograaf Tjalling de Haas haar vroeg of ze bij hem wilde promoveren op landschapsvormen op Mars, was ze niet meteen enthousiast. Veel te fundamenteel en veel te ver weg. De Haas vond juist dat het onderzoek goed bij haar paste. In de jaren ervoor deed ze veel experimenten in een lab en dat hoorde ook bij dit onderzoek. Het idee liet haar de dagen erna niet los. „Ik voelde mij weer dat kind, bladerend door National Geographic”, zegt ze. „Het gevoel dat de wereld voor mij open lag en dat alles mogelijk was”, zegt ze terwijl een stortbui tegen de ramen slaat.

Waar we op aarde soms te veel van hebben, heeft Mars juist te weinig: vloeibaar water. In haar wetenschappelijke publicatie van vorige maand deelde Roelofs een belangrijke aanwijzing dat Mars al heel vroeg in zijn geologische geschiedenis uitdroogde. En dat maakt de kans kleiner dat daar ooit leven ontstond.

Mars is een droge woestijn met stofstormen die soms de hele planeet omhullen. Door de lage atmosferische druk krijgt vloeibaar water er nu geen kans. Maar door de aanwezigheid van kronkelende geulen en ravijnen weten planeetwetenschappers dat er ooit rijkelijk water over het oppervlakte stroomde.

Hoog in de Zwitserse Alpen

Maar hóélang? Dat is de grote vraag. „Voor leven om te ontstaan heb je niet maar eventjes water nodig”, zegt Roelofs. Op aarde duurde het honderden miljoenen jaren. „Op Mars zijn de grote ravijnen zo’n vier miljard jaar oud. Uit analyses van de mineralen erin volgt dat die door water zijn gevormd. En dan heb je nog sporen van de relatief jonge modderstromen langs kraters. De geulen daarvan zijn zo’n drie miljard jaar oud, op zijn hoogst. Lang gingen we ervan uit dat die ook door water zijn ontstaan, omdat ze lijken op de modderstromen op aarde na een hevige regenbui. Hoog in de Zwitserse Alpen zie je restanten van modderstromen: geulen en waaiers waar puin zich verzamelt. Als beide landschapsvormen op Mars door water zijn gevormd, was Mars dus vermoedelijk honderden miljoenen jaren lang nat. Maar op satellietbeelden zien we aanwijzingen dat modder ook nu nog stroomt, terwijl de planeet allang droog is. Grote stukken steen verplaatsen zich.”

Planeetwetenschappers kwamen met een alternatief idee: CO₂-ijs. Op Mars wordt het in de winter zo koud (-120 graden), dat CO₂ aan het oppervlak bevriest. „Eerst ligt het als een wittig laagje op de stenen, daarna lijkt het net glas en is het niet te zien op satellietbeelden. Terwijl Mars langzaam opwarmt tijdens de lokale lente, ‘smelt’ het CO₂-ijs. Door de lage druk verandert het meteen in gas. Dat gaat explosief: stenen, grind en zand knallen uit elkaar en dat droge puin gaat stromen, is het idee, vergelijkbaar met de puinstromen die soms op aarde ontstaan bij een vulkaanuitbarsting.”

In een groot lab van de Universiteit Utrecht laat ze zien welk experiment ze deed om haar idee te testen. Met grote metalen constructies, witte zandzakken en stortbakken lijkt dit lab eerder op een constructiewerkplaats. In een lange bak bootste ze een geul na. De bak hangt aan touwen, waardoor een helling gemaakt kan worden. „Eerst mengen we verschillende soorten klei en zand met water om een grond na te maken. Dit stoppen we in de stortbak, die we vervolgens aan de onderkant openen boven de geul. Het mengsel stroomt vervolgens naar beneden.”

Een meterslange tunnel

Boven de opstelling hangen sensoren die meten hoe de modder stroomt. Om Mars-stromen na te bootsen, ontbreekt hier iets belangrijks. In labs in Denemarken en Engeland staat een zelfde soort opstelling, maar dan in een meterslange tunnel. Daarin wordt de Mars-atmosfeer nagebootst. Het CO₂-ijs zat in piepschuimdozen. „Dat moest ik nog fijnmalen. De eerste keer deed ik dat met een vijzel, maar dat duurde echt veel te lang. Met een elektrische keukenmachine ging het veel sneller.”

In Engeland bewees ze dat CO₂-ijs inderdaad de modderafzettingen kan maken die op Mars te zien zijn. „Ik stond echt te springen van blijdschap in het lab. En daarna bezemde en schepte ik al het zand weer weg voor de volgende onderzoekers.”

De oudere delta’s werden vermoedelijk wél gevormd door water. Maar als water niet meer nodig is om de jongere afzettingen te verklaren, kan het wel zijn dat water minder lang stroomde op Mars.

Blijft Roelofs onderzoek doen naar Mars? Of toch naar haar eerste liefde, de aarde? „Beide! Ik zou de twee meer willen verbinden. Modder is natuurkundig heel interessant en complex. Modder is niet echt een vloeistof en ook niet echt vast. Veel van het gedrag ervan is nog onbekend. Hoe veranderen modderstromen op aarde in de toekomst door klimaatverandering en ontbossing? Onderzoek op Mars kan helpen dit soort aardse vragen te beantwoorden. Modderstromen op andere planeten laten ons weer nieuwe dingen zien. Iedere aardwetenschapper zou een keer onderzoek naar andere planeten moeten doen.”