Si ritiene che quattro miliardi di anni fa, il Pianeta Rosso avesse molta acqua in superficie e per più della metà, fosse ricoperto da un grande oceano profondo da 100 a 1.500 metri. Un volume d'acqua approssimativamente equivalente alla metà dell'Oceano Atlantico sulla Terra. Mentre una parte di quest'acqua è innegabilmente scomparsa da Marte attraverso la fuga atmosferica, le nuove scoperte, pubblicate sulla rivista Science, indicano che tra il 30 e il 99% [percentuali da capogiro! n.d.r.] dell'acqua marziana sarebbe intrappolata all'interno di minerali nella crosta del pianeta. Ciò sfida l'attuale teoria secondo cui a causa della bassa gravità, quasi tutta l'acqua sarebbe andata persa nello spazio.

I risultati sono stati presentati alla 52a Lunar and Planetary Science Conference (LPSC) dalla Ph.D. Eva Scheller; Bethany Ehlmann professoressa di scienze planetarie al Caltech e direttrice associata del Keck Institute for Space Studies; Yuk Yung, professore di scienze planetarie al Caltech e ricercatore senior presso il Jet Propulsion Laboratory della NASA; Danica Adams, studentessa laureata alla Caltech; e Renyu Hu, ricercatore del JPL.

Sebbene l'acqua sia composta da idrogeno e ossigeno, non tutti gli atomi di idrogeno sono uguali. La stragrande maggioranza dell'idrogeno ha un solo protone all'interno del nucleo atomico, mentre una piccola frazione (circa lo 0,02%) esiste sotto forma di isotopo come deuterio, conosciuto anche come "idrogeno pesante", che ha un protone e un neutrone. L'idrogeno più leggero sfugge molto più facilmente alla gravità, lasciando il pianeta e perdendosi nello spazio, molto più facilmente della sua controparte più densa. Per questo motivo, la perdita dell'acqua di un pianeta attraverso l'alta atmosfera lascerebbe un segno rivelatore sul rapporto tra deuterio e idrogeno nell'atmosfera stessa, mostrando quantità maggiori di deuterio. Tuttavia, per Marte i conti non tornano e la perdita di acqua esclusivamente attraverso la fuga atmosferica non può spiegare né il rapporto rilevato deuterio-idrogeno nell'atmosfera marziana, né le grandi quantità di acqua che, si ritiene, il pianeta abbia ospitato in passato. "La fuga atmosferica non spiega completamente i dati che abbiamo per quanta acqua effettivamente presente una volta su Marte", ha detto Scheller.

Il team è giunto a questa conclusione incrociando i dati da più missioni archiviati nel Planetary Data System (PDS) della NASA con un lavoro svolto sui meteoriti marziani. Nello specifico, ha studiato la quantità di acqua sul Pianeta Rosso nel tempo in tutte le sue forme (vapore, liquido e ghiaccio) e la composizione chimica dell'attuale atmosfera e crosta del pianeta, osservando in particolare il rapporto tra deuterio e idrogeno ( D/H).
Il nuovo modello mostra che il volume d'acqua planetario è diminuito dal 40 al 95% nel periodo Noachiano (circa 3,7-4,1 miliardi di anni fa), raggiungendo i valori attuali circa 3,0 miliardi di anni fa. E la scomparsa dell'acqua sarebbe da attribuire sostanzialmente alla combinazione dei due meccanismi: l'intrappolamento nei minerali nella crosta del pianeta e, in parte minore, alla fuga attraverso l'atmosfera.

Quando l'acqua interagisce con la roccia, si formano argille ed altri minerali idrati per interazione chimica, i quali contengono acqua come parte della loro struttura minerale. Questo processo si verifica sia sulla Terra che su Marte. Sulla Terra, la vecchia crosta si scioglie continuamente nel mantello e forma nuova crosta ai confini delle placche, riciclando acqua ed altre molecole nell'atmosfera attraverso il vulcanismo. Tuttavia, Marte non ha placche tettoniche che innescano il ciclo, quindi, quando la superficie si "asciuga", il processo è permanente. 
"I materiali idratati sul nostro pianeta vengono continuamente riciclati attraverso la tettonica delle placche", ha commentato Michael Meyer, scienziato capo del Mars Exploration Program della NASA. "Poiché abbiamo misurazioni da più veicoli spaziali, possiamo affermare che Marte non si ricicla e quindi l'acqua è ora rinchiusa nella crosta o è andata persa nello spazio".
"La fuga atmosferica ha chiaramente avuto un ruolo nella perdita d'acqua ma i risultati dell'ultimo decennio delle missioni su Marte indicano che c'è questo enorme serbatoio di antichi minerali idrati la cui formazione ha certamente ridotto la disponibilità di acqua nel tempo", ha aggiunto Ehlmann.

Un obiettivo chiave della missione del rover Mars 2020 Perseverance è l'astrobiologia, inclusa la ricerca di segni di antica vita microbica. Il rover caratterizzerà la geologia del pianeta e il clima passato, aprirà la strada all'esplorazione umana di Marte e raccoglierà e conserverà roccia marziana e regolite. Scheller ed Ehlmann aiuteranno nelle operazioni di raccolta dei campioni, i quali saranno riportati sulla Terra con il programma Mars Sample Return.