Η ανακάλυψη αυτή έγινε μέσω της μελέτης των σεισμικών κυμάτων (marsquakes) που διαπερνούν τον φλοιό του Άρη, σε βάθος από 5,4 έως 8 χιλιόμετρα κάτω από την επιφάνεια.

Η παρουσία υγρού νερού θεωρείται ένας από τους πιο κρίσιμους παράγοντες στην αναζήτηση εξωγήινης ζωής, σύμφωνα με τον Γουέτζια Σαν, καθηγητή στο Ινστιτούτο Γεωλογίας και Γεωφυσικής της Κινεζικής Ακαδημίας Επιστημών και συν-συγγραφέας της μελέτης. Παλαιότερα, θεωρούνταν ότι το νερό υπήρχε σε αφθονία στον Άρη κατά τις περιόδους Noachian και Hesperian — μια εποχή που εκτείνεται από τον σχηματισμό του πλανήτη μέχρι περίπου 3 δισεκατομμύρια χρόνια πριν. Ωστόσο, κατά την είσοδο του Άρη στη γεωλογική περίοδο που είναι γνωστή ως Amazonian, το κλίμα του υπέστη δραματικές αλλαγές. Το επιφανειακό νερό εξαφανίστηκε, αφήνοντας πίσω ένα ψυχρό και ξηρό τοπίο, όπως αυτό που παρατηρούμε σήμερα.

«Ενώ η παρουσία ρέοντος νερού στον Άρη είναι τώρα αδιαμφισβήτητη, ο όγκος και οι μηχανισμοί της εξαφάνισής του παραμένουν αντικείμενα ενεργού συζήτησης», δήλωσε ο ερευνητής.

Μια θεωρία υποστηρίζει ότι το νερό του Άρη εξατμίστηκε στο διάστημα, καθώς ο ηλιακός άνεμος το απομάκρυνε από την ατμόσφαιρα — μια διαδικασία που υποστηρίζεται από τις αναλογίες ισοτόπων στον Κόκκινο Πλανήτη. Μια άλλη προτείνει ότι το νερό δεν εξαφανίστηκε, αλλά διέρρευσε στον φλοιό. Αυτό θα υποδείκνυε την ύπαρξη θυλάκων νερού σε βαθιά υπόγεια υδροφόρα στρώματα. Ενώ κάποια μοντέλα προβλέπουν ότι το υγρό νερό θα μπορούσε να επιβιώσει στα μεσαία στρώματα του φλοιού, η έκτασή του παραμένει αβέβαιη λόγω της έλλειψης λεπτομερών δομικών δεδομένων από αυτά τα βάθη.

Η NASA και άλλες διαστημικές υπηρεσίες έχουν στείλει ρόβερ και δορυφόρους εξοπλισμένους με ραντάρ διείσδυσης εδάφους προκειμένου να εξετάσουν την περιοχή κάτω από την επιφάνεια του Άρη. Ωστόσο, αυτά τα εργαλεία μπορούν να δουν μόνο σε βάθος μερικών χιλιομέτρων. Ωστόσο, οι ερευνητές επέλεξαν μια διαφορετική προσέγγιση. Αντί για ραντάρ, χρησιμοποίησαν δεδομένα από σεισμικά κύματα που δημιουργήθηκαν από δύο μεγάλες συγκρούσεις μετεωριτών (S1000a και S1094b), καθώς και από τον μεγαλύτερο καταγεγραμμένο σεισμό (S1222a). Αναλύοντας πώς αυτά τα κύματα διαδόθηκαν μέσα στον φλοιό, κατάφεραν να χαρτογραφήσουν τη λεπτή του δομή και να αναζητήσουν ανωμαλίες που θα μπορούσαν να υποδεικνύουν την παρουσία νερού σε υγρή μορφή.

«Χρησιμοποιήσαμε μια τεχνική που ονομάζεται ‘receiver functions’, η οποία αποτυπώνει τα χαρακτηριστικά των σεισμικών κυμάτων καθώς αυτά αντανακλώνται και αντηχούν μεταξύ των στρωμάτων του φλοιού», εξήγησε ο Hrvoje Tkalčić, καθηγητής στο Πανεπιστήμιο Australian National και συν-συγγραφέας της μελέτης. «Αυτές οι υπογραφές επιτρέπουν την ακριβή αναγνώριση των πάχους των στρωμάτων και του βάθους στις περιοχές όπου αλλάζουν οι ιδιότητες των πετρωμάτων» πρόσθεσε.

Ρωσία και Κίνα επικρίνουν την ανάπτυξη αντιπυραυλικής ασπίδας στο διάστημα

«Σε αντίθεση με τις παραδοσιακές μεθόδους, εισάγουμε την έννοια της απεικόνισης πραγματικού πλάτους, μια μέθοδο που προέρχεται από τον τομέα της πετρελαϊκής εξερεύνησης και βελτιώνει σημαντικά την ανάλυση, επιτρέποντας τον εντοπισμό πολύ μικρότερων δομών», δήλωσε ο Σαν. «Η συνάρτηση δέκτη πραγματικού πλάτους λειτουργεί σαν μεγεθυντικός φακός, ενισχύοντας την ευκρίνεια των χαρακτηριστικών του υπεδάφους».

Με βάση τις εκτιμήσεις θερμικής ροής και θερμικής αγωγιμότητας, οι ερευνητές απέκλεισαν την παρουσία πορώδους υλικού στο μεσαίο στρώμα του φλοιού. Με βάση τους υπολογισμούς θερμικών κλίσεων, οι θερμοκρασίες σε βάθη μεγαλύτερα των 5 χιλιομέτρων υπερβαίνουν το σημείο κατάψυξης, επιτρέποντας την αποθήκευση υγρού νερού στη βάση του ανώτερου στρώματος του φλοιού.

Η ανάλυση της ομάδας αποκάλυψε μια ασυνήθιστη ζώνη βαθιά στο υπέδαφος, σε βάθος περίπου 5 έως 8 χιλιομέτρων, όπου τα σεισμικά κύματα παρουσίασαν επιβράδυνση. Αρχικά, αυτό αποδόθηκε στην παρουσία ενός θρυμματισμένου ιζηματογενούς στρώματος πετρώματος, στο οποίο η μειωμένη ακαμψία και η αυξημένη παραμορφωσιμότητα καθιστούν το πέτρωμα λιγότερο ικανό να μεταδώσει την ενέργεια των κυμάτων. Ωστόσο, με βάση τη θέση του εντός του φλοιού, θεωρείται απίθανο αυτό το στρώμα να αποτελείται από ιζήματα.

«Γενικά, τα σεισμικά κύματα διαδίδονται σημαντικά πιο γρήγορα μέσω ξηρών πετρωμάτων παρά μέσω πετρωμάτων κορεσμένων με νερό», εξήγησε ο Σαν. Η ομάδα εκτιμά ότι αυτό το «χαμηλής ταχύτητας» στρώμα θα μπορούσε να είναι γεμάτο νερό, καθώς τα πετρώματα στην περιοχή αυτή είναι πορώδη και μπορούν να απορροφήσουν νερό.

«Μέσω μιας εκτεταμένης ανάλυσης, συμπεράναμε ότι το στρώμα χαμηλής ταχύτητας μπορεί να αποδοθεί στην παρουσία υγρού νερού, όπου οι θερμοκρασίες υπερβαίνουν το σημείο κατάψυξης εντός του καθορισμένου βάθους», εξήγησε ο Σαν.

Με βάση τα δεδομένα τους, οι ερευνητές εκτίμησαν την ύπαρξη μεταξύ 520-780 μέτρων Global Equivalent Layer (GEL) — μια μονάδα που χρησιμοποιείται για να ποσοτικοποιήσει τον όγκο του νερού όταν διανέμεται ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνεια ενός πλανήτη ή φεγγαριού. Αυτός ο αριθμός συμπίπτει με το εύρος 710-920 μέτρων GEL, το οποίο δεν μπορεί να εξηγηθεί με το σημερινό απόθεμα νερού του Άρη.

«Η παρουσία υπογείων υδάτων στον Άρη έχει σημαντικές συνέπειες για τις μελλοντικές επανδρωμένες αποστολές και την πιθανότητα ύπαρξης εξωγήινης ζωής», δήλωσε ο Tkalčić. «Ωστόσο, η διάτρηση ή εξαγωγή νερού από βαθιά υπόγεια θα απαιτούσε προηγμένη τεχνολογία και σημαντικούς ενεργειακούς πόρους» τόνισε.

Ενώ αυτή η μελέτη παρέχει κρίσιμες πληροφορίες για τον κύκλο του νερού στον Άρη και την εξέλιξη του περιβάλλοντός του, οι ερευνητές τονίζουν ότι η εκτίμησή τους βασίζεται μόνο σε δεδομένα που συλλέχθηκαν από την αποστολή InSight της NASA, στην περιοχή Elysium Planitia, περίπου 4,5 μοίρες βόρεια του ισημερινού του Άρη. Αυτό σημαίνει ότι τα ευρήματα μπορεί να μην αντιπροσωπεύουν πλήρως όλη την επιφάνεια του πλανήτη.

«Αυτή η περιορισμένη ανάλυση μπορεί να ξεπεραστεί με μελλοντικές αποστολές εξοπλισμένες με σεισμογράφους στον Άρη», κατέληξε ο Tkalčić.

Η μελέτη δημοσιεύθηκε στις 25 Απριλίου στο περιοδικό National Science Review.