Ein Abschnitt der Murray-Formation, der von Curiosity erforscht wurde und der eine alte Küstenlinie darstellen könnte (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech/MSSS/USGS)
Der Marsrover Curiosity hat verblüffende chemische Beweise in Form von anomalen Mengen an Manganoxid entdeckt, die darauf hindeuten, dass der Mars vor Milliarden von Jahren nicht nur eine bewohnbare Umgebung hatte, sondern auch eine, die möglicherweise von Mikroben bewohnt wurde.
NASA’s Curiosity erforscht den riesigen Gale-Krater mit einem Durchmesser von 154 Kilometern (ca. 96 Meilen), wo der Rover 2012 gelandet ist. Die Entdeckungen von Curiosity haben bereits gezeigt, dass der Krater vor langer Zeit zumindest teilweise überflutet war, obwohl die Beweise dafür umstritten sind. Die jüngsten Entdeckungen des Rovers untermauern jedoch nicht nur die These eines uralten Sees, sondern lassen auch vermuten, dass die Bedingungen in diesem See für das Leben günstig waren.
Die Beweise stehen im Zusammenhang mit der Verbindung Manganoxid. Curiosity hat 2016 zum ersten Mal kleine Mengen Manganoxid im Gale-Krater gefunden, aber jetzt hat es viel größere Mengen Manganoxid in den Sedimentgesteinen einer geologischen Einheit aus Schlammstein, der Murray-Formation, entdeckt. Die Murray-Formation befindet sich an der Flanke des Mount Sharp in der Mitte des Kraters.
Das Manganoxid wurde von Curiositys ChemCam-Instrument identifiziert, das einen Laser auf Felsen abfeuert, die Wissenschaftler untersuchen wollen. Der Laser erhitzt einen kleinen Teil der Gesteinsoberfläche und verdampft ihn, was zu einer kleinen Plasmawolke führt, die von der ChemCam-Kamera und dem Spektrometer aus der Ferne untersucht werden kann, um die Zusammensetzung des abgetragenen Materials zu bestimmen. ChemCam entdeckte Schlammstein, der bis zu 45 % mit Manganoxid angereichert war.
Auf der Erde findet man Manganoxid häufig in Seebetten oder Flussdeltas, wo hohe Oxidationsbedingungen herrschen. Außerdem können Mikroben, die in diesen Umgebungen leben, den Oxidationsprozess katalysieren.
Dieser Prozess erfordert normalerweise einen ständigen Strom von Sauerstoff, der auf dem Mars knapp ist. Die zuvor entdeckten geringen Mengen an Manganoxid, die 2016 auf dem Mars gefunden wurden, können ohne signifikante Mengen an Sauerstoff erklärt werden, aber die großen Mengen, die in der Murray-Formation entdeckt wurden, sind etwas ganz anderes. Um solche Mengen zu erreichen, würde der Oxidationsprozess eine erhebliche Menge an Sauerstoff erfordern.
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„Manganoxid bildet sich nur schwer auf der Marsoberfläche, daher haben wir nicht erwartet, es in so hohen Konzentrationen in einer Küstenablagerung zu finden“, sagte der leitende Forscher Patrick Gasda vom Los Alamos National Laboratory in einer Erklärung. „Auf dem Mars gibt es keine Hinweise auf Leben, und der Mechanismus zur Erzeugung von Sauerstoff in der alten Marsatmosphäre ist unklar, so dass es wirklich rätselhaft ist, wie das Manganoxid hier gebildet und konzentriert wurde.“
Ein Hinweis liegt in der Beschaffenheit der Schlammsteinsedimente, in denen das Manganoxid gefunden wurde. Das mit Manganoxid angereicherte Gestein wurde an einer Stelle zwischen zwei geologischen Einheiten der Murray-Formation gefunden. Die eine Einheit trägt den Spitznamen Sutton Island und scheint aus Sedimenten zu bestehen, die am Rande eines Sees abgelagert wurden; die andere, die den Spitznamen Blunts Point trägt, lag wohl tiefer im See.
Der mit Manganoxid angereicherte Schlammstein ist gröber und weist größere Körner auf als das Grundgestein an anderen Stellen des Kraters, wo nur geringe Mengen der Verbindung entdeckt wurden. Dies stützt die Theorie, dass es sich bei der Region Sutton Island/Blunts Point entweder um ein altes Flussdelta handelt, das einst in den See mündete, oder um eine Uferlinie des Sees, beides Orte, an denen sich bevorzugt grobkörnigere Sedimente abgelagert hätten. Die größeren Körner hätten dazu beigetragen, ein poröseres Grundgestein zu bilden als der feinkörnige Schlammstein, der anderswo im Gale Crater zu finden ist – Schlammstein, der vermutlich aus einem viel tieferen Teil des Sees stammt. Durch diese Porosität konnte das Grundwasser ungehindert durchfließen. Das Mangan könnte aus diesem Grundwasser versickert sein, während es durch den grobkörnigen Schlammstein floss, sagen die Wissenschaftler, und sich so im Gestein konzentriert haben. Woher der Sauerstoff für die Oxidation des Mangans kam, bleibt jedoch ein Rätsel.
„Diese Ergebnisse deuten auf größere Prozesse in der Marsatmosphäre oder im Oberflächenwasser hin und zeigen, dass noch mehr getan werden muss, um die Oxidation auf dem Mars zu verstehen“, so Gasda.
Das Vorhandensein von Manganoxid untermauert auch die Möglichkeit, dass in dem See mikrobielles Leben existiert haben könnte. Mikroben können nicht nur die Oxidation von Mangan katalysieren, sondern sie sind möglicherweise auch in der Lage, die vielen Oxidationsstufen von Mangan als Quelle chemischer Energie für ihren Stoffwechsel zu nutzen, wie es Mikroben auf der Erde tun. Mit anderen Worten: Die Häufigkeit von Manganoxid ist vielleicht eine indirekte Biosignatur.
„Die Umgebung des Gale-Sees, wie sie von diesen alten Gesteinen enthüllt wird, gibt uns einen Einblick in eine bewohnbare Umgebung, die den heutigen Orten auf der Erde erstaunlich ähnlich ist“, sagte Nina Lanza von Los Alamos, die die ChemCam leitet. „Manganminerale sind in den flachen, oxischen Gewässern an Seeufern auf der Erde häufig anzutreffen, und es ist bemerkenswert, solche erkennbaren Merkmale auf dem alten Mars zu finden.“
Die Ergebnisse wurden am 1. Mai im Journal of Geophysical Research veröffentlicht: Planets.
