火星の地下水

火星では過去に雨や雪が定期的に降っていた。特にノアキアン期とヘスペリア期初期にはそうだった。 ^{[2] [3] [4] [5] [6] [7]}水は地中に浸透し、それ以上浸透できない層（このような層は帯水層と呼ばれ、不浸透性であると考えられている）に達すると理論づけられた。その後、水は蓄積して飽和層を形成した。深層帯水層は今でも存在する可能性がある。^[8]

研究者らは、火星には惑星規模の地下水システムがあり、火星上のいくつかの顕著な特徴は地下水の作用によって形成されたことを発見した。^{[9] [10]}水が地表または地表近くに上昇すると、さまざまな鉱物が堆積し、堆積物が固まった。鉱物の中には硫酸塩があり、水が地下の岩石から硫黄を溶かしたときに生成され、空気と接触して酸化されたと考えられる。 ^{[11] [12] [13]}帯水層を通過する際に、水は硫黄を含んでいたと 思われる火成岩の 玄武岩を通過した。

帯水層では、水は岩石粒子の間にある空間（空隙）を占めています。この層は広がり、最終的には火星の表面の大部分の下になります。この層の上部は地下水位と呼ばれます。計算によると、火星の地下水位は一時期、地表から600メートル下にあったことが示されています。^{[14] [15]}

インサイト着陸船は2019年9月に、地球の地下深くに液体の水が貯留していることと一致する、原因不明の磁気パルスと磁気振動を発見した。 ^[8]

研究者たちは、ゲールクレーターは地下水の化学変化を伴う地下水位上昇を何度も経験してきたと結論付けている。これらの化学変化は生命を支えるものであろう。^{[16] [17] [18] [19] [20] [21]}

2024年8月、火星の岩石質の地殻の奥深くに液体の水の貯留層が発見された。この発見は、火星の深部から4年間の振動（火星の地震）を記録したNASAの火星探査機インサイトからのデータの新しい分析から得られたものである。分析により、火星の地殻の約6〜12マイル（10〜20km）の深さに水の貯留層があることが明らかになった。^{[22] [23]}

推定によれば、火星の地殻の中央にある岩石の小さな亀裂や孔に閉じ込められた水は、火星の表面の海を満たすのに十分な量である可能性がある。研究によると、地下水は火星全体を1マイル（1.6キロメートル）の深さまで覆う可能性があるという。^[23]

赤い惑星のいくつかの場所には、層状の岩石のグループが見られます。^{[24] [25]岩石層は、}台座クレーターの抵抗力のあるキャップの下、多くの大きな衝突クレーターの底、およびアラビアと呼ばれる地域に存在します。^{[26] [27]}いくつかの場所では、層が規則的なパターンに並んでいます。^{[28] [29]}層は火山、風、または湖や海の底にあったことによって形成されたことが示唆されています。計算とシミュレーションによると、溶解した鉱物を運ぶ地下水は、岩石層が豊富な同じ場所で表面化します。これらの考えによると、深い峡谷と大きなクレーターは地面から水を受け取ることになります。火星のアラビア地域の多くのクレーターには、層のグループが含まれています。これらの層のいくつかは、気候変動によって生じた可能性があります。

火星の自転軸の傾きは、過去に何度も変化してきました。大きな変化もあります。こうした気候の変化により、火星の大気はかつてよりはるかに厚く、水分を多く含んでいた時期もありました。大気中の塵の量も増減しています。こうした頻繁な変化が、クレーターやその他の低地に物質を堆積させる一因となったと考えられています。鉱物を豊富に含む地下水の上昇により、これらの物質が固められました。このモデルでは、クレーターが層状の岩石で満たされた後、クレーターの周囲にさらに層が堆積するとも予測されています。そのため、このモデルでは、クレーター間領域にも層が形成された可能性があると予測しており、これらの領域で層が観測されています。

地層は地下水の作用によって硬化することがある。火星の地下水はおそらく数百キロメートルも移動し、その過程で通過した岩石から多くの鉱物を溶かした。堆積物のある低地で地下水が表面化すると、水は薄い大気中で蒸発し、堆積物やセメント剤として鉱物を残す。その結果、塵の層は互いにセメントで固められているため、後で簡単に浸食されることはない。地球では、鉱物を豊富に含む水は蒸発して、さまざまな種類の塩やその他の鉱物の大きな堆積物を形成することが多い。火星で仮説されているように、水が地球の帯水層を流れ、その後地表で蒸発することもある。地球上でこれが起こる場所の1つがオーストラリアのグレートアーテジアン盆地である。^{[30]地球上で}砂岩などの多くの堆積岩の硬度は、主に水が通過する際に形成されたセメントによるものである。

2019年2月、ヨーロッパの科学者たちは、おそらくは広大な海とつながっていた古代の地球規模の地下水システムの地質学的証拠を発表しました。^{[31] [32]}

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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影した、クロメリンクレーターのビュート。場所は、オキシア パルス四角形です。
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  HiRISEから見たレイヤー
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  HiRISE から見た地層。矢印は断層を示しています。

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  HiWish プログラムの HiRISE が撮影したダニエルソンクレーターの底にある層状の丘
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  HiRISE で撮影した、床の層と黒いほこりのクローズアップ カラー画像
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  HiRISE が捉えた、床の上の層と黒い塵のクローズアップカラー画像。画像には岩が見えます。
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  HiRISE が捉えた床面の地層のクローズアップ画像。画像にはいくつかの断層が写っています。
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  HiRISE が見たレイヤー。ボックスはフットボール競技場の大きさを表します。
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  HiRISE が見た地層のクローズアップ。岩石と暗い砂が見えます。

火星の多くの地域では、逆地形が見られます。これらの場所では、かつての河川の水路は、谷ではなく隆起した河床として表示されます。隆起した河床は、古い河川の水路が侵食に強い物質で満たされたときに形成されます。後の侵食によって周囲の柔らかい物質が除去された後、河床に堆積したより耐性のある物質が残ります。溶岩は、谷を流れてこのような逆地形を形成する物質の 1 つです。ただし、かなり緩い物質は、鉱物によって固められると非常に硬くなり、侵食に強くなります。これらの鉱物は地下水から来ます。谷などの低い地点では地表流が集中するため、より多くの水とセメントがそこに流れ込み、その結果、より強い固めが行われると考えられています。^[9]

しかし、地形の逆転は地下水によるセメント化がなくても起こることがある。表面が風によって侵食されている場合、必要な侵食性のコントラストは、緩い堆積物の粒径の違いから生じるだけである。例えば、風は砂を運び去ることができるが玉石は運び去ることができないため、玉石の多い河床は、堆積物がセメント化されていなくても、もともとはるかに細かい堆積物に囲まれていた場合、逆転した尾根を形成する可能性がある。この効果は、サヘキ火口の河床で引き起こされている。^[33]

火星のクレーターの底に地層がある場所では、地形が反転していることも少なくありません。

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  HiRISEから見た宮本町の逆転水路。スケールバーの長さは 500 メートルです。
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  HiRISE で撮影された次の画像の CTX コンテキスト画像。画像を横切る長い尾根はおそらく古い川です。ボックスは HiRISE 画像の領域を示します。画像はMargaritifer Sinus 四角形内にあります。
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  HiRISE が捉えたパラナ・バジェス地域の反転地形の例。

火星に送られた宇宙船は、地下水が火星の多くの岩石層の主な原因であるという豊富な証拠を提供した。オポチュニティ・ローバーは、高度な機器を使用していくつかの地域を調査した。オポチュニティの観測により、地下水が繰り返し地表に上昇していることがわかった。水が何度も地表に上昇した証拠には、ヘマタイトの 団塊（「ブルーベリー」と呼ばれる）、堆積物のセメント化、堆積物の変質、形成された結晶の破片または骨格などがある。^{[34] [35] [36]}骨格結晶を生成するために、溶解した鉱物が鉱物結晶として堆積し、その後、より多くの水が地表に現れたときに結晶が溶解した。結晶の形状はまだ判別可能であった。^[37] オポチュニティは火星の表面を移動中に多くの場所でヘマタイトと硫酸塩を発見したため、モデルが予測したように、同じタイプの堆積物が広範囲に広がっていると推定される。^{[38] [39] [40] [41]}

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  オポチュニティ・ローバーが撮影した、岩盤にかつて存在していたがその後溶解した結晶の形をした穴（空洞）。穴は元の結晶の形をしています。
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  イーグル クレーターの岩の露頭にある「ブルーベリー」(赤鉄鉱の球)。左上の 3 つが結合していることに注目してください。

周回探査機は、オポチュニティの周囲の種類の岩石が、ヨーロッパとほぼ同じ大きさのアラビアを含む非常に広い地域に存在することを示した。マーズ・リコネッサンス・オービターに搭載されたCRISMと呼ばれる分光器は、アラビアの一部地域を含む、湧昇水モデルが予測したのと同じ場所の多くで硫酸塩を発見した。^[42]モデルはマリネリス峡谷に堆積物を予測したが、これらの堆積物は観察され、硫酸塩を含むことがわかった。^[43] 湧昇水があると予測された他の場所、例えば大規模な流出に関連するカオス領域や峡谷でも、硫酸塩を含むことがわかった。^{[44] [45]このモデルによって予測されたタイプの場所では、地層が地表で地下水が蒸発している。それらは、マーズ・リコネッサンス・オービターに搭載された}マーズ・グローバル・サーベイヤーとHiRISE によって発見された。地層は、オポチュニティが着陸した場所の周囲と近くのアラビアで観測されている。台座クレーターの蓋の下の地面には、多数の層が見られることがあります。台座クレーターの蓋は、その下の物質が浸食されるのを防ぎます。現在台座クレーターの蓋の下にしか見られない物質は、かつてはその地域全体を覆っていたと考えられています。したがって、台座クレーターの下に現在かろうじて見える層は、かつてはその地域全体を覆っていたのです。一部のクレーターには、クレーターの縁よりも高い層状の物質の盛り土があります。ゲイル・クレーターとクロメリン (火星のクレーター)は、大きな盛り土がある 2 つのクレーターです。このモデルによると、このような高い盛り土は、最初にクレーターを埋め尽くした層によって形成され、その後、周囲の地域に堆積し続けました。その後の浸食により、クレーター周辺の物質が除去されましたが、クレーター内には縁よりも高い盛り土が残りました。モデルは、他の地域 (北部低地) に地層を形成するはずの湧昇と蒸発を予測していますが、これらの地域では地層は現れません。これは、地層がはるか昔、初期ヘスペリアン期に形成され、その後の堆積物によって埋もれてしまったためです。

2019年2月、ヨーロッパの科学者グループが、深いクレーターに地下水が湖を作っているという強力な証拠を報告した。 ^{[31] [32] [46] [47]}調査されたクレーターには入口も出口も見られなかったため、湖の水は地面から来ていたと考えられる。これらのクレーターの底は、火星の「海面」より約4000メートル下にあった。これらのクレーターの底にある地形や鉱物は、水がある場合にのみ形成された可能性がある。その地形には、デルタやテラスなどがある。^{[48] [46]}調査されたクレーターには、オヤマ、ペティ、セーガン、トンボー、マクラフリン、デュ・マルテレー、ニコルソン、キュリー、ワフーなどがある。クレーターが十分に深ければ、地面から水が湧き出て湖が形成されたと思われる。^[46]

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  マーズ・グローバル・サーベイヤーが撮影した、2 つの台座クレーターがあるティコンラヴォフ・クレーターの底。アラビア四角形内の画像。
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  HiRISE が捉えた、台座クレーターの頂上付近の暗い斜面の筋と層。アラビア四角形の画像。
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  台座クレーターは、衝突による噴出物がその下の物質を浸食から守ることで形成されます。このプロセスの結果、クレーターは周囲よりも高い位置にあるように見えます。
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  HiRISE が捉えた、台座クレーター付近の暗い斜面の筋と層。層は台座クレーターの上部によって保護されていました。アラビア四角形の画像。