火星の地下に眠る炭酸塩岩が語る「水の痕跡」
火星の長年の謎を解く鍵が、地表から遠く離れた地下に隠されているかもしれない。宇宙航空研究開発機構（JAXA）の研究チームが地球化学的な検証を通じて明らかにしたのは、火星が過去に豊富な水を保有していた証拠が、地下深くに埋もれている可能性だ。
火星には数十億年前、地下水を含む豊富な水が存在していたと科学界では認識されている。河川、湖沼、さらには北半球の大部分を覆う海があったとも考えられている。しかし実際には軌道上の観測機器や探査機から発見される炭酸塩岩の量は驚くほど少なく、当初の予想と大きくかけ離れている。
JAXAの宇宙科学研究所に属する王昶欽博士とホテル宇宙航行研究員のトモヒロ・ウスイ教授、そして東京科学大学アースライフサイエンス研究所（ELSI）およびSETI研究所のモヒット・メルワニ・ダスワニ准教授が率いる研究では、観測データとシミュレーションを比較することで二つの重要な知見を導き出した。火星表面で見つかるフェルスパー豊富な岩石に、水との相互作用と炭酸塩の痕跡があること、そして地下水がこれらの炭酸塩を深い地層に埋没させている可能性だ。この研究成果は学術誌『JGR Planets』に掲載されている。
地球でも一般的なフェルスパーが鍵を握る
研究チームは、火星の最も一般的な岩石（鉄とマグネシウムに富む苦鉄質岩）との相互作用を仮定した従来の理論に着目した。しかし火星表面では、フェルスパーに富む岩石が次々と検出されている。この鉱物グループは地球では最も豊富で、地殻の60パーセントを占める。火星ではカルシウム、ナトリウム、アルミニウムの含量が高く、かつてこれらが広く分布していた強い兆候がある。
研究チームは一次元熱化学モデルを構築し、水がこれらの岩石中を浸透する際に鉱物を溶解させ、新たな鉱物を形成する過程をシミュレートした。数十億年前の火星の環境条件下で、数年という短期間から10万年という長期間までの水質相互作用を追跡した。地球化学コード「PHREEQC Version 3」に基づくシミュレーションは、定常水による拡散と地下水による浸透という二つの流動様式を組み込んでいた。
地下水が炭酸塩を下方へ運ぶ
結果は驚くべきものだった。フェルスパーに富む岩石はほとんどの条件下で、カルシウムと鉄に富む炭酸塩を容易に生成する。一方、苦鉄質岩からは比較的短い変成期間中のみにこうした炭酸塩が形成され、十分なマグネシウム含有鉱物が溶解するとマグネシウムに富む炭酸塩へと化学組成が変わる。
さらに重要な発見は地下水の役割だ。浸透する地下水は定常水よりも遙かに効率的に炭酸塩を形成するとともに、地表付近では炭酸塩を再度溶解させ、より深い地層で再び析出させることが判明した。この現象は、火星が「失われた水」とともに、地表下に大量の炭酸塩岩を蓄えている可能性を示唆する。
将来の火星探査ミッションにとって、この知見は実践的な指針となる。フェルスパー豊富な地域へのドリング操作により、火星がより温暖で湿潤だった過去の痕跡を発見できるだけでなく、気候が寒冷乾燥へと移行する過程で火星の深部に逃げ込んだ水源を探査することも可能になる。火星での活動が地下帯水層を中心に展開されると予想される中、これらの発見は今後の探査展開の基盤となるだろう。
出典: Universe Today
