Trong quá khứ xa xưa, sao Hỏa từng là một thế giới ấm áp và ẩm ướt với những đại dương rộng lớn, như vùng biển được cho là đã tồn tại ở Lưu vực Eridania. Tuy nhiên, qua hàng tỷ năm, hành tinh này đã mất đi phần lớn lượng nước bề mặt của mình theo ba cách chính:
Thoát ra ngoài không gian: Bức xạ mặt trời đã phá vỡ các phân tử nước (H₂O) trong tầng khí quyển bên trên. Các nguyên tử hydro nhẹ sau đó đã thoát ra ngoài không gian, trong khi oxy còn lại bị oxy hóa với sắt trên bề mặt, tạo nên màu đỏ đặc trưng của hành tinh.
Đóng băng ở hai cực: Một phần nước vẫn còn tồn tại dưới dạng các chỏm băng lớn ở hai cực của sao Hỏa.
Bị hấp thụ vào lớp vỏ: Đây được cho là cơ chế chính đã "làm khô" sao Hỏa.
Bị khóa chặt trong lớp vỏ: Quá trình phong hóa
Cơ chế chính khiến sao Hỏa mất nước là phong hóa hóa học. Khi nước tương tác với đá, các phân tử nước có thể bị mắc kẹt về mặt hóa học bên trong cấu trúc tinh thể của khoáng vật. Quá trình này tạo ra các khoáng vật ngậm nước, chẳng hạn như đất sét, có thể giữ lại tới 30% trọng lượng của chúng là nước.
Về cơ bản, lớp vỏ của sao Hỏa đã hoạt động như một miếng bọt biển khổng lồ, từ từ hút và khóa chặt nước vào trong đá qua hàng tỷ năm.
Sự khác biệt then chốt với Trái Đất
Quá trình phong hóa này cũng xảy ra liên tục trên Trái Đất. Tuy nhiên, hành tinh của chúng ta có một lợi thế quan trọng: hệ thống kiến tạo mảng đang hoạt động.
Các mảng kiến tạo liên tục di chuyển, chìm xuống và tái chế lớp vỏ Trái Đất. Khi các khoáng vật ngậm nước bị đẩy sâu vào lớp phủ, nhiệt độ và áp suất cao sẽ giải phóng nước trở lại. Nước này sau đó quay trở lại bề mặt thông qua các hoạt động núi lửa, tạo ra một chu trình nước địa chất khổng lồ.
Sao Hỏa không có hoạt động kiến tạo mảng. Vì vậy, một khi nước bị khóa vào lớp vỏ, nó sẽ bị mắc kẹt ở đó vĩnh viễn. Không có cơ chế nào để đưa nó trở lại bề mặt.
Lượng nước khổng lồ vẫn còn đó
Dù bề mặt sao Hỏa khô cằn, lượng nước bị mắc kẹt dưới lòng đất là rất lớn. Các nhà nghiên cứu tại Viện Công nghệ California, dẫn đầu bởi Eva Scheller, ước tính rằng vẫn còn đủ nước bị khóa trong lớp vỏ sao Hỏa để tạo ra một đại dương toàn cầu sâu từ 100 mét đến 1.000 mét nếu bề mặt hành tinh bằng phẳng.
Thách thức của việc khai thác
Mặc dù có một lượng nước dồi dào, việc khai thác nó cho các sứ mệnh trong tương lai là một thách thức cực kỳ lớn. Nước không nằm trong các tầng chứa nước ngầm hay các túi băng dễ tiếp cận, mà liên kết hóa học trực tiếp với đá. Để giải phóng nước, chúng ta sẽ cần phải khai thác và nung nóng một lượng lớn đá đến nhiệt độ rất cao—một quá trình đòi hỏi rất nhiều năng lượng và công nghệ tiên tiến.
