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Astronomie+Physik

Marsianische Sturzfluten

Mars-Landschaft
Von einem auslaufenden See geformtes Flussbett auf dem Mars. (Bild: THEMIS (NASA/JPL-Caltech/Arizona State University) and MOLA (NASA/GSFC/MOLA Science Team), Timothy A. Goudge)

Auf dem Mars zeigen zahlreiche trockene Flussnetzwerke und Schluchten, dass es dort einst Wasser gegeben haben könnte. Doch zumindest ein Teil dieser Täler wurde möglicherweise nicht allmählich von langsam dahinfließenden Flüssen eingekerbt , sondern von katastrophalen Sturzfluten. Indizien dafür haben Forscher bei der Analyse von gut 260 ehemaligen Kraterseen gefunden: Ihr Rand ist meist an einer Stelle durchbrochen und von dieser Stelle geht ein ungewöhnlich stark vertieftes Flusstal aus. Diese Formationen deuten auf ein abruptes Auslaufen des Kratersees in einer Sturzflut hin, erklärt das Team.

Der Mars war in seiner Frühzeit bis vor rund 3,7 Milliarden Jahren wahrscheinlich wärmer und lebensfreundlicher als heute. Vorherrschender Ansicht nach gab es auf dem Roten Planeten damals auch genügend flüssiges Wasser, um zahlreiche Seen und Flüsse zu füllen. Von der Präsenz dieses Wassers zeugen Flussbetten und verzweigte Flussnetzwerke, deren Form sich in der heute trockenen Marsoberfläche erhalten hat. Wie diese urzeitlichen Flussbetten entstanden sind, ist allerdings nicht eindeutig geklärt. „Frühere Studien gingen vorwiegend davon aus, dass sie durch Oberflächenwasser aus dem Regen oder der Schneeschmelze eingekerbt wurden, durch Grundwasseraustritte am Kopf dieser Täler und/oder durch subglaziales Schmelzwasser unter großen Eisdecken“, erklären Timothy Goudge von der University of Texas in Austin und seine Kollegen. Diesen Bildungsmechanismen gemeinsam sei, dass sie einige Zeit erfordern und daher wahrscheinlich allmählich im Verlauf der wasserreichen Frühzeit des Mars entstanden sind.

Auslaufende Kraterseen

Nach Ansicht von Goudge und seinem Team gibt es aber noch eine andere Möglichkeit: „Wir betrachten einen alternativen, katastrophischen Talbildungs-Mechanismus, bei dem die Einkerbung der Flusstäler schnell durch den starken Austritt von Wasser aus Seen der Marsoberfläche stattfand“, so die Forscher. Bei solchen Ereignissen staut sich zunächst Wasser beispielsweise in einem Krater auf, bis der Druck zu groß wird und der Kraterrand an einer Stelle bricht. Die Folge ist eine Sturzflut, bei der enorme Wassermassen in kurzer Zeit und mit großer Wucht zu Tal stürzen. „Ein solcher mit Wasser gefüllter Krater setzt dabei eine Menge gespeicherter Energie frei“, sagt Goudge. Ähnliche Ereignisse auf der Erde belegen, dass die erodierende Kraft dieser Wassermassen sehr hoch ist und dass sie sich vergleichsweise schnell ein neues, tiefes Bett einkerben. Auch auf dem Mars gibt es einige Krater mit einem von ihrem Rand ausgehenden Flusstal, in denen Planetenforscher schon früher das Ergebnis solcher auslaufender Seen gesehen haben.

Um herauszufinden, wie häufig solche Ereignisse auf dem frühen Mars waren und wie hoch ihr Anteil an der Bildung der heute noch sichtbaren Flusstäler ist, haben Goudge und seine Kollegen erstmals eine übergeordnete Bestandsaufnahme möglicher ausgelaufener Seen auf dem Mars durchgeführt. Auf Basis von Aufnahmen verschiedener Marssonden suchten sie dafür unter den kartierten Flusstälern und -netzwerken nach solchen, die am Rand eines Kraters beginnen und nicht oder erst im weiteren Verlauf des Netzwerks mit anderen Flusstälern in Verbindung stehen. Bei 262 Kratern unterschiedlicher Größe wurden die Forscher fündig. In allen diesen Fällen zeigten sich Indizien für eine vom Auslaufen eines Kratersees ausgelöste Sturzflut.

Ein Viertel der Flusserosion durch Sturzfluten

Anhand der Tiefe der ausgekerbten Flussbetten und der Größe der Krater errechneten die Wissenschaftler als nächstes, wie stark diese Sturzfluten den Marsuntergrund erodiert haben müssen. Zusammengenommen kommen sie auf ein abgetragenes Volumen von 14 Billionen Kubikmetern. „Die auslaufenden Paläoseen waren demnach für fast ein Viertel – rund 24 Prozent – des insgesamt in Flusstälern erodierten Materials verantwortlich“, berichten Goudge und seine Kollegen. Die größeren dieser urzeitlichen Sturzfluten könnten innerhalb weniger Wochen so viel Sediment weggeschwemmt haben, dass es den größten und kleinsten See der Großen Seen in Nordamerika komplett füllen würde. Zu den durch solche Mega-Sturzfluten erschaffenen Tälern gehört auch das riesige Ma’adim Vallis, eine rund 700 Kilometer lange und zwei Kilometer tiefe Schlucht, die vom Gusev-Krater ausgeht. „Allein dieser Canyon trägt mit rund 15 Prozent zum insgesamt erodierten Talvolumen bei“, schreibt das Team.

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Nach Ansicht der Forscher legen diese Zahlen nahe, dass Sturzfluten durch auslaufende Kraterseen auf dem frühen Mars eine größere Rolle spielten als bislang angenommen. „Wenn wir bedenken, wie viel Sediment dadurch in der Marslandschaft bewegt wurde, waren solche See-Sturzfluten ein global wichtiger Prozess“, sagt Goudge. Aus vergleichenden Untersuchungen der Flussbetttiefen schließen er und seine Kollegen zudem, dass die Sturzfluten nicht nur ihre eigenen Ausflüsse prägten, sondern auch den Lauf angrenzender Flussnetzwerke verändert haben könnten. Wenn sie bestehende Betten normaler Flüsse durchschnitten, beeinflussten sie deren Lauf, weil sie oft tiefer eingekerbt waren. „Belege für dieses Szenario kann man in Paläosee-Ausflüssen sehen, bei denen Nebentäler oft über dem Grund des Canyons hängen oder prominente Knicks aufweisen“, erklärt das Team.

Quelle: Timothy Goudge (The University of Texas at Austin) et al., Nature, doi: 10.1038/s41586-021-03860-1

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