بلورات الملح على المريخ ملاجئ نهارية للماء
السياق
يطرح المريخ الحديث مفارقة أمام علم الأحياء الفلكي: فترات الرطوبة النسبية العالية تتزامن مع أدنى درجات الحرارة، بينما يتميز النهار الدافئ بجفاف شديد. حول هذه المشكلة، جمعنا في أرشيفنا أعمالًا عن الحياة تحت السطح، والوقود الإشعاعي، والجليد المريخي، والبحث عن الماء في الصخور. تقف هذه المقالة somewhat على حدة: فهي لا تبحث عن الماء في العمق أو في الرواسب الجليدية، بل تقترح آلية لاحتجاز الرطوبة المجهرية في الطبقة العليا من التربة، داخل بلورات الأملاح التي اكتُشفت بالفعل على السطح.
المنهجية
حسب المؤلفون التغير في حجم بلورات الأملاح عند التقلبات اليومية لدرجة الحرارة من 150 إلى 300 كلفن. بالنسبة لكلوريد الصوديوم، استُخدمت القيم الجدولية لمعامل التمدد الحراري الحجمي والتكامل العددي بطريقة شبه المنحرف. أما بالنسبة للجبس وشكلي MgSO₄ المتعددين، فتم أخذ بيانات حيود الأشعة السينية حول تغير حجم خلية الوحدة. وتم تقييم إمكانية تبلل الأملاح باستخدام بيانات النموذج المناخي العالمي LMDZ GCM للسنة المريخية 29: حُسبت الرطوبة النسبية فوق السائل وفوق الجليد بخطوة زمنية قدرها ساعتان، وتم اختيار اللحظات التي تتجاوز فيها عتبة التبلل لـ Ca(ClO₄)₂ و CaCl₂ دون أن تصل إلى شروط تكوّن نوى الجليد.
النتائج
بلغ التغير النسبي في حجم NaCl بين 150 و300 كلفن 1.64%. وبالنسبة للجبس حصلنا على 0.87%، ولـ α-MgSO₄ على 0.50%، ولـ β-MgSO₄ على 0.57%. أما بالنسبة لمحاليل CaCl₂، فيعطي الحساب من 3.75% إلى 6.9% اعتمادًا على التركيز. هذه التغيرات يمكن أن تفتح وتغلق الشقوق الدقيقة في البلورات. أظهرت نمذجة التبلل أنه بالنسبة لـ Ca(ClO₄)₂ تتوفر الظروف الملائمة في الجزء الجنوبي من سهل أسيداليا، وفي نقاط معينة تصل إلى 17–20% من السولات في السنة، أي ما يعادل 100–130 سولًا خلال السنة المريخية. أما بالنسبة لـ CaCl₂، فإن منطقة التبلل المحتمل أضيق، لكنها تتركز أيضًا بالقرب من أسيداليا. لا توجد بيانات مباشرة عن التمدد الحراري لبيركلورات الكالسيوم المائية، لذلك يعتبر المؤلفون التقديرات الخاصة بـ Ca(ClO₄)₂ أولية.
الأهمية
تقدم هذه الدراسة آلية فيزيائية ملموسة قد تفسر كيف يمكن للماء السائل المجهري أن يُحتجز في الطبقة القريبة من سطح المريخ خلال ساعات النهار. على عكس الأبحاث المجاورة التي تدرس إما تكوّن المحاليل الملحية ليلًا أو الحماية من الإشعاع في العمق، تجمع هذه الدراسة بين التمدد الحراري للأملاح وقدرتها على امتصاص الرطوبة. إذا تأكدت الآلية، ستصبح بلورات الأملاح أهدافًا ذات أولوية للبحث عن بيئات دقيقة قابلة للسكن على المريخ الحديث.
التطور المستقبلي
يمكن أن يتطور الموضوع نحو تجارب معملية باستخدام نظائر مريخية من الأملاح تحت تقلبات حرارة ورطوبة مضبوطة. ستكون هناك حاجة إلى قياسات مباشرة لمعاملات التمدد الحراري لبيركلورات الكالسيوم المائية وغيرها من الأملاح المسترطبة. وهناك اتجاه منفصل يتمثل في نمذجة نقل بخار الماء عبر الشقوق المغلقة جزئيًا، لتقييم المدة التي يمكن أن يبقى فيها المحلول الملحي داخل البلورة.
التأثير
النتائج مهمة لتخطيط البعثات المستقبلية للبحث عن الحياة على المريخ ولتفسير البيانات حول توزيع الأملاح والرطوبة في الطبقة القريبة من السطح.
الخطوات التالية
تشمل الخطوات التالية قياس التمدد الحراري للبيركلورات المائية في المختبر والتحقق من سرعة إغلاق الشقوق عند التسخين النهاري في غرفة تحاكي الظروف المريخية.
المسائل المفتوحة الرئيسية
بالنسبة لعلم الأحياء الفلكي، المشكلة الرئيسية غير المحلولة هي ما إذا كان الماء السائل يمكن أن يوجد على المريخ الحديث لفترة كافية وعند درجة حرارة مرتفعة بما يكفي لدعم التمثيل الغذائي. تربط هذه الدراسة المشكلة بفيزياء التمدد الحراري للأملاح وتقترح آلية قابلة للاختبار لاحتجاز الرطوبة. يبقى السؤال مفتوحًا حول ما إذا كانت الكائنات الحية قادرة على البقاء في ظل القوة الأيونية العالية للمحاليل الملحية للبيركلورات وانخفاض نشاط الماء.
في صحراء أتاكاما، أحد أكثر الأماكن جفافًا على الأرض، تعيش البكتيريا الزرقاء داخل بلورات الهاليت وتحصل على الرطوبة تحديدًا من خلال تبلل الملح ليلًا عندما ترتفع رطوبة الهواء.
أرقام رئيسية
- تغير حجم NaCl: 1.64%
- تغير حجم الجبس: 0.87%
- تغير حجم محلول CaCl₂: 3.75–6.9%
- السولات الملائمة في أسيداليا: 100–130 خلال السنة المريخية
- التباين اليومي لدرجة الحرارة: 150–300 كلفن