Der feurige Rote Planet

Warum die Vulkane so groß sind

Doch wie steht es um die Vulkane selbst? Wann waren sie aktiv – oder sind sie es womöglich immer noch? Mit nur 10,7 Prozent der Erdmasse kühlte der Mars zwangsläufig schneller ab als die Erde. Man könnte also vermuten, dass seine vulkanische Phase längst vorbei ist. Dafür spricht auch das biblische Alter der Tharsis-Vulkane: Der Höhepunkt ihrer Aktivität liegt schätzungsweise etwa drei bis vier Milliarden Jahre in der Vergangenheit. Das Alter des Mars beträgt rund 4,6 Milliarden Jahre.

Weil es auf dem Mars keine Plattentektonik gibt wie auf der Erde, werden die Feuerberge nicht durch die Driftbewegungen tektonischer Platten von ihren Magmavorräten in der Tiefe abgeschnitten. Deshalb konnten die Vulkane bis zu so enormen Höhen heranwachsen, wie sie auf der Erde unmöglich sind. Zudem hilft die Schwerkraft: Sie hat nur 38 Prozent des Werts auf der Erde. Die Marskruste kann deshalb höhere „Vulkanbauten“ tragen, deren Gewicht sie auf der Erde einsacken ließe.

Lava oder Schlamm?

In anderen Regionen des Roten Planeten stößt man auf jüngere vulkanische Aktivität, sagt Ernst Hauber vom Deutschen Zentrum für Luft und Raumfahrt in Berlin. Er hatte zusammen mit Petr Brož von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften in Prag und weiteren Kollegen bereits 2017 über relativ jungen Vulkanismus auf dem Grund von Valles Marineris berichtet. Dieses riesige Schluchtensystem zieht sich über fast 4000 Kilometer entlang des Marsäquators. Auf Fotos der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter hatten die Forscher in dem Seitental Coprates Chasma neben Lavaströmen rund 130 bis zu 400 Meter hohe Hügel entdeckt, die sie als Vulkankegel deuteten.

Eine alternative Interpretation wäre, dass es sich um sogenannte Schlammvulkane handelt. In Aktion kann man solch bizarre Berge in Rumänien oder Kalifornien erleben. Von Druckunterschieden getrieben, drängen dort kalter Matsch und Gas aus dem Untergrund nach oben. Irdische Schlammvulkane haben ganz unterschiedliche Ausmaße. Größere Exemplare erreichen Durchmesser von einigen Kilometern. Doch aus der Vogelperspektive der Marssatelliten lassen sich Schlammvulkane nur schwer von klassischen Vulkanen unterscheiden, räumt Hauber ein.

Überrascht waren die Wissenschaftler, als sie die hügelige Landschaft in Coprates Chasma datierten. Bei solchen Altersbestimmungen hilft ihnen die Statistik: Zählt man alle Krater und misst ihre Durchmesser, kann das Alter einer Landschaft durch Vergleich mit anderen Gebieten auf dem Mars ermittelt werden. Diese Methode wenden Experten auf allen planetaren Körpern mit fester Oberfläche an. Das Ergebnis der Analyse: Die Kegel von Coprates Chasma sind vor 200 bis 400 Millionen Jahren entstanden. Das scheint für menschliche Verhältnisse weit in der Vergangenheit zu liegen – es entspricht jedoch weniger als zehn Prozent des Marsalters.

Explosion im Elysium

Die Tiefebene Elysium Planitia fasziniert Vulkanologen besonders. Elysium war das Land der Seligen in den Mythen des antiken Griechenlands. Auf dem Mars erstreckt es sich über rund 3000 Kilometer in West-Ost-Richtung beiderseits des Äquators. Die Region beherbergt einige der jüngsten Marsvulkane.

Nördlich davon befindet sich der mächtige Vulkan Elysium Mons. Mit 12,6 Kilometern ist er der dritthöchste Berg auf dem Mars. Ein weiterer Feuerberg, Hecates Tholus, misst immerhin 5,3 Kilometer. Noch vor 335 Millionen Jahren kam es zu einem Ausbruch an seiner Nordwestflanke. Das ergaben ebenfalls Auswertungen von Fotos des Mars Reconnaissance Orbiter. Auch diese Aktivität lag in einem Zeitabschnitt, der nur sieben Prozent des Planetenalters entspricht.

Zur Elysium-Region gehören zwei lange Risse im Gelände, die Cerberus Fossae. Beide Gräben erstrecken sich über mehr als 1200 Kilometer. Über weite Strecken verlaufen sie fast parallel. Auffällig ist: Ihre Wände sind überall sehr steil; stellenweise geht es nahezu senkrecht in die Tiefe. Weil die Erosion dafür sorgt, dass an Geländekanten immer wieder Brocken abbrechen und deshalb steile Abhänge im Lauf der Zeit schräger werden, ist dies ein Hinweis, dass die Cerberus Fossae noch jung sind. Aufgrund der wenigen Einschlagskrater dort deuten Geologen sie sogar als eine der jüngsten Strukturen auf dem Mars.

Einst überschwemmte hier dünnflüssige Lava die Landschaft – vielleicht erst vor weniger als 100 Millionen Jahren. Aus den beiden Gräben drang ebenfalls Lava empor. Später folgte vermutlich Grundwasser, denn auch das Talsystem Athabasca Valles entspringt in den Cerberus-Gräben. Es wurde von Wasserfluten in die heute knochentrockene Wüste gepflügt.

Jüngst veröffentlichte Analysen von Marsbeben haben das Interesse der Forscher zusätzlich angeheizt: Mindestens zwei Bebenherde liegen unter den Cerberus Fossae. Das könnte auf Bewegungen von Magma tief unter den Gräben hindeuten. US-amerikanische Forscher publizierten im September 2021 in der Fachzeitschrift Icarus außerdem Indizien für eine vulkanische Explosion in der Cerberus-Region. Sie ist vielleicht der jüngste bekannte Vulkanausbruch auf dem Mars, meint der Teamleiter David Horvath vom Planetary Science Institute in Tucson, Arizona.

Die Wissenschaftler untersuchten ein auffallend dunkles Gelände – etwa so groß wie die Stadt Saarbrücken –, durch das mittig einer der Cerberus-Gräben läuft. „Es ist eine mysteriöse dunkle Ablagerung, ganz untypisch für vom Wind verfrachteten Sand oder Staub“, wundert sich Horvath. Die Stelle ähnelt vielmehr dunklen Flecken auf dem Merkur oder dem Erdmond, die als Spuren explosiver Vulkanausbrüche gedeutet werden. Solche pyroklastischen Eruptionen sind auf der Erde als die gewaltigste vulkanische Ausbruchsform bekannt, etwa von dem verheerenden Ausbruch des Mount St. Helens 1980 im US-Bundesstaat Washington. Damals stieg die Aschewolke bis in 24 Kilometer Höhe. Bei der Cerberus-Eruption könnte Asche bis zu 10 Kilometer hoch in die Atmosphäre geschleudert worden sein, spekuliert Horvath.

Geologisch betrachtet ist die verdächtige Dunkelstelle laut Kraterstatistik extrem jung: 53.000 bis 210.000 Jahre. „Wenn man die geologische Geschichte des Mars auf einen einzigen Tag komprimieren würden, wäre dies in der allerletzten Sekunde geschehen“, sagt Horvath.

Auf der Erde spricht man von einem aktiven Vulkan, wenn er den vergangenen 10.000 bis 20.000 Jahren noch ausbrach. Da sich diese Dauer nicht ohne Weiteres auf den Mars übertragen lässt, scheut Horvath eine solche Einordnung. Doch er betont: „Das geringe Alter dieser Stelle lässt es als möglich erscheinen, dass es noch heute vulkanische Aktivitäten auf dem Mars gibt.“