Eine Illustration zeigt eine neblige Atmosphäre um den Roten Planeten Mars. Könnte diese Gashülle vor Milliarden von Jahren „zu Boden gegangen“ sein?(Bildnachweis: Robert Lea (erstellt mit Canva)/NASA)
Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Marsatmosphäre im Verborgenen befindet und von den Mineralien in den Tonen des Roten Planeten absorbiert wurde. Wenn die Gashülle des Mars vor über 3 Milliarden Jahren „zu Boden ging“, könnte dies erklären, wie sich der Nachbarplanet der Erde so sehr von unserer Welt unterschied und möglicherweise seine Fähigkeit verlor, Leben zu beherbergen.
Wissenschaftler wissen, dass der Rote Planet nicht immer die trockene und karge Landschaft war, durch die die Marsrover Perseverance und Curiosity heute trudeln. Die beiden rollenden Roboter der NASA haben Beweise dafür gefunden, dass es auf dem Mars schon früh in seiner 4,6 Milliarden Jahre alten Geschichte reichlich Wasser gab. Doch damit es auf dem Mars flüssiges Wasser gab, muss er auch eine Atmosphäre besessen haben, die das Wasser am Gefrieren hinderte. Die große Frage, die sich seit Jahrzehnten stellt, lautet: Wohin ist diese Atmosphäre verschwunden?
Ein Forscherteam ist der Meinung, dass die Antwort die ganze Zeit vor der Nase (oder den Spuren) von Curiosity und Perseverance lag. In einer in Science Advances veröffentlichten Arbeit argumentieren sie, dass Wasser auf dem Roten Planeten zwar vorhanden war, aber möglicherweise durch bestimmte Gesteinsarten gesickert ist und eine langsame Reihe von Reaktionen ausgelöst hat, durch die Kohlendioxid aus der Atmosphäre geschlürft wurde. Dieses wurde dann in Methan, eine Form von Kohlenstoff, umgewandelt und in der lehmigen Oberfläche des Mars eingeschlossen.
„Basierend auf unseren Erkenntnissen auf der Erde zeigen wir, dass auf dem Mars wahrscheinlich ähnliche Prozesse abliefen und dass sich große Mengen atmosphärischen Kohlendioxids in Methan umgewandelt haben könnten und in Tonerde eingeschlossen wurden“, sagte Oliver Jagoutz, Professor für Geologie am Massachusetts Institute of Technology’s Department of Earth, Atmospheric and Planetary Sciences (MIT EAPS), in einer Erklärung. „Dieses Methan könnte immer noch vorhanden sein und in Zukunft vielleicht sogar als Energiequelle auf dem Mars genutzt werden.“
Inhaltsübersicht
Wie die Erde dem Geheimnis der Marsatmosphäre den Weg wies
Im Rahmen seiner Arbeitsgruppe am MIT begannen Jagoutz und seine Kollegen ihre Untersuchung nicht mit dem Mars, sondern mit unserem eigenen Planeten. Die Wissenschaftler versuchten herauszufinden, welche geologischen Prozesse die Entwicklung der harten, aber spröden äußeren Schicht der Erde antreiben, die die Kruste und den oberen Erdmantel umfasst und als Lithosphäre bezeichnet wird.
Die Forscher konzentrierten sich auf eine Art von Oberflächen-Tonmineral namens „Smektit“, das sehr effizient Kohlenstoff einschließt. Ein einziges Smektitkorn besteht aus vielen Falten, in denen sich Kohlenstoff über Milliarden von Jahren einlagern kann, ohne verdrängt oder gestört zu werden.
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Auf der Erde entstehen Smektite durch die Bewegung der tektonischen Platten, auf denen die Kontinente liegen. Diese tektonische Aktivität hat auch Smektite an die Oberfläche unseres Planeten gehoben. An der Oberfläche saugte dieses gefaltete Tonmineral Kohlendioxid an, wodurch dieses Treibhausgas aus der Atmosphäre entfernt wurde und unseren Planeten über Millionen von Jahren abkühlen ließ.
Das Team verlagerte seinen Schwerpunkt auf den Mars, als Jagoutz die Oberfläche des Roten Planeten untersuchte und feststellte, dass ähnliche Smektite auf dem Nachbarplaneten der Erde verstreut sind.
Ein Bild eines Staubteufels, der über den Mars fegt, aufgenommen vom Opportunity-Rover im März 2016, als der Roboter Smektite im Marathon Valley untersuchte. (Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech)
Die Entdeckung von Smektiten auf dem Mars warf eine wichtige Frage auf: Da es auf dem Roten Planeten keine tektonischen Aktivitäten gibt, wie ist dieses gefaltete Tonmineral entstanden? Um diese Frage zu beantworten, griff das Team auf das zurück, was es über die geologische Geschichte des Nachbarn der Erde wusste.
Ein Hinweis war die Fernerkundung von Eruptivgestein mit geringem Siliziumdioxidgehalt in der Kruste des Roten Planeten, dem so genannten „ultramafischen Gestein“. Auf der Erde sind diese Eruptivgesteine dafür bekannt, dass sie Smektite bilden, wenn sie durch Wasser korrodiert oder „verwittert“ werden. Auf dem Mars gibt es Hinweise auf alte Flüsse, durch die Wasser geflossen sein und mit dem darunter liegenden Gestein reagiert haben könnte.
Das Team nutzte dann das Wissen über die Wechselwirkung von Wasser und Eruptivgestein auf der Erde, um ein Modell zu erstellen, das auf den Mars angewendet werden kann. Das Modell würde zeigen, ob Wasser mit dem ultramafischen Gestein des Mars in einer Weise reagiert haben könnte, die heute an der Oberfläche zu Smektiten führen würde.
Mit diesem Modell fanden die Wissenschaftler heraus, dass im Laufe von einer Milliarde Jahren Wasser durch die Kruste gesickert sein könnte, um mit einem Magnesium-Eisen-Silikat-Mineral zu reagieren, das in Eruptivgestein namens „Olivin“ vorkommt. Dieses Mineral ist reich an Eisen, an das sich der Sauerstoff im Wasser gebunden und dabei Wasserstoff freigesetzt hätte. Als nächstes könnte sich der freigesetzte Wasserstoff mit dem Kohlendioxid im Wasser zu Methan verbunden haben, wobei sich Olivin durch diese Reaktion langsam in ein anderes eisenhaltiges Gestein namens Serpentin verwandelte. Als Serpentin weiterhin mit Wasser reagierte, könnte dies schließlich zu Smektiten geführt haben.
„Diese Smektit-Tone haben eine so große Kapazität, Kohlenstoff zu speichern“, sagte der Hauptautor der Studie und MIT EAPS-Absolvent Joshua Murray in der Erklärung. „Wir haben also das vorhandene Wissen darüber genutzt, wie diese Mineralien in Tonen auf der Erde gespeichert werden, und extrapoliert, um zu sagen: Wenn die Marsoberfläche so viel Ton enthält, wie viel Methan kann man dann in diesen Tonen speichern?“
Das Team fand heraus, dass der Rote Planet mit einer über 1.100 Meter tiefen Smektitschicht bedeckt sein müsste, um die Methanmenge zu speichern, die nötig wäre, um den größten Teil des Kohlendioxids aus der Marsatmosphäre auszuwaschen.
„Wir stellen fest, dass die Schätzungen des globalen Tonvolumens auf dem Mars damit übereinstimmen, dass ein erheblicher Teil des ursprünglichen Kohlendioxids des Mars als organische Verbindungen in der tonreichen Kruste gebunden wurde“, schloss Murray. „In gewisser Weise könnte sich die fehlende Marsatmosphäre im Verborgenen befinden.“
Die Forschungsergebnisse des Teams wurden am 25. September in der Zeitschrift Science Advances veröffentlicht.
