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Astronomie+Physik Erde+Klima

Dünne Luft auf dem Ur-Mars

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Die Mars-Atmosphäre ist nur ein dünner Schleier (NASA)
Der Mars war vielleicht doch nie so mild und warm wie gedacht – zumindest nicht über längere Zeiträume hinweg. Denn ihm fehlte selbst in seiner Frühzeit eine entscheidende Voraussetzung dafür: eine dicke Atmosphäre. Neue Daten deuten darauf hin, dass der Rote Planet auch vor 3,6 Milliarden Jahren eine zu dünne Gashülle besaß, um die Temperaturen auf seiner Oberfläche dauerhaft über dem Gefrierpunkt zu halten. Das aber könnte bedeuten, dass flüssiges Wasser auf dem Mars nie lange genug existierte, um Leben entstehen zu lassen.

Auf dem Mars gab es früher Flüsse, Seen und vielleicht sogar Meere – darauf deuten geologische Formationen und die Zusammensetzung von Sedimenten hin. Das aber bedeutet, dass der Rote Planet vor rund drei Milliarden Jahren nicht nur ein milderes Klima hatte, auch seine Atmosphäre muss deutlich dichter gewesen sein als heute. Denn die hauchdünne Kohlendioxid-Hülle des Roten Planeten macht die Existenz flüssigen Wassers an seiner Oberfläche unmöglich. Das Nass würde in Sekundenschnelle verdampfen oder gefrieren – je nach gerade herrschender Temperatur. Der Grund: Ist der atmosphärische Druck zu gering, sinkt der Siedepunkt des Wassers ab. Diesen Effekt kann man auch in irdischen Hochgebirgen beobachten. Auf dem Mars ist der Druck heute so niedrig, dass Wassereis beim Tauen den flüssigen Zustand überspringt und direkt zu Wasserdampf wird.

Hinzu kommt, dass der Rote Planet deutlich weiter außen um die Sonne kreist als die Erde. Damit seine Oberfläche trotzdem warm wurde, musste eine dichte Atmosphäre für den nötigen Treibhauseffekt sorgen. Bisherige Modelle gingen daher davon aus, dass die Marsatmosphäre vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren einen Druck von mindestens 5 Bar besaß. Erst der Verlust dieser dichten Gashülle ließ dann das Klima kälter werden und beendete die milde Frühzeit unseres Nachbarplaneten. Doch Edwin Kite vom California Institute of Technology in Pasadena und seine Kollegen präsentieren nun Daten, die dieses Szenario widerlegen. Ihr wichtigstes Hilfsmittel sind dabei nicht Messungen der Marsatmosphäre, sondern – Krater. Denn deren Größenverteilung verrät, welche Meteoriten durch die Gashülle abgefangen wurden und welche ungehindert hindurch gelangten. Je dichter eine Atmosphäre ist, desto schwerer und größer muss ein Brocken sein, um nicht durch die Reibungshitze zu verglühen.

Kleine Krater – dünne Gashülle

Für ihre Studie werteten die Forscher Daten der seit 2006 im Marsorbit kreisenden Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA aus. Mit Hilfe von hochaufgelösten Aufnahmen des Untergrunds und digitalen Geländemodellen vermaßen sie die Größe von Einschlagskratern in der Aeolis Dorsa Region des Mars, einer Ebene, in der zahlreiche Krater aus der Frühzeit des Mars zwischen Ablagerungen alter Flussbetten liegen. An vielen Stellen sind die Krater dabei teilweise von den Sedimenten überdeckt. „Sie spiegeln daher den atmosphärischen Zustand in einer Zeit wieder, als der Mars erheblich feuchter war als jetzt, wahrscheinlich eine Zeit vor rund 3,6 Milliarden Jahren „, erklären Kite und seine Kollegen.

Das Ergebnis: Die kleinsten Krater in Aeolis Dorsa waren gerade einmal 20 bis 50 Meter groß, sie müssen daher von entsprechend kleinen Meteoriten verursacht worden sein. „Unsere Ergebnisse schließen eine dicke, stabile Atmosphäre aus“, konstatieren die Forscher. Ihren Berechnungen nach kann die Gashülle des Roten Planeten auch vor 3,6 Milliarden Jahren nicht viel dichter als 0,9 bis maximal 1,9 Bar gewesen sein. Das aber reicht nach gängigen Modellen nicht aus, um die Temperaturen über den Gefrierpunkt zu heben und flüssiges Wasser zuzulassen. „Ein warmes, feuchtes Treibhaus-Szenario ist damit ausgeschlossen, die langfristigen Durchschnittstemperaturen lagen höchstwahrscheinlich unter dem Gefrierpunkt“, so Kite und seine Kollegen.

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Kein stabil warmes Klima

Wie aber passt das zu den eindeutigen Relikten von Flüssen und Seen zusammen, die Marssonden auf dem Planeten gefunden haben? Nach Ansicht der Forscher könnten starke Klimawechsel, ausgelöst durch Schwankungen der Marsachse, eine Erklärung liefern. In wärmeren Phasen gaste das an den Polen lagernde Kohlendioxideis fast vollständig aus und sorgte für einen stärkeren Treibhauseffekt. In diesen Zeiten konnte auch flüssiges Wasser fließen. Kippte dann die Achse wieder, kühlte sich das Klima ab, das CO2 fror aus und der Druck der Gashülle sank extrem ab. „Die kleineren Krater könnten sich gebildet haben, während die Atmosphäre kollabiert war, die Flüsse strömten dagegen in Intervallen mit dichter Atmosphäre“, so die Forscher. Alternativ könnten auch Vulkanausbrüche oder große Meteoriteneinschläge immer wieder für Warmphasen gesorgt haben.

Einen dauerhaft milden und feuchten Mars hat es demnach vielleicht nie gegeben – zumindest nicht so, wie es bisher gängigen Szenarien ausmalten. Stattdessen war das Klima auf unserem Nachbarplanet möglicherweise extrem instabil und wechselhaft. Das aber wirft auch ein neues Licht auf die Chance, dass sich dort einst Leben bildete. „Die Langlebigkeit von flüssigem Wasser auf der Oberfläche des urzeitlichen Mars könnte sich als Schlüsselfaktor dafür entpuppen, ob das Leben sich in seiner Frühgeschichte etablieren konnte“, kommentiert Sanjoy Som vom NASA Ames Research Center in Moffett Field die Ergebnisse. Weitere Aufschlüsse erhoffen sich die Forscher von der im November 2013 gestarteten NASA-Raumsonde MAVEN (Mars Atmosphere and Volatile Evolution), die gezielt atmosphärische Prozesse untersuchen soll.

Quelle:

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar
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