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Astronomie+Physik

„Spätes“ Wasser auf dem Mars

Utopia Planitia
Panorama der Landestelle des Zhurong-Rovers. © China National Space Administration (CNSA)

Bisher ist unklar, wie lange die lebensfreundliche Periode auf dem Mars einst anhielt und wie lange es noch Reste flüssigen Wassers gab. Jetzt liefert der chinesische Marsrover Zhurong in dieser Hinsicht spannende Daten. Denn seine Analysen von Gesteinsproben im Süden der großen Einschlagssenke Utopia Planitia legen nahe, dass dort noch in der jüngsten Epoche des Planeten zeitweilig Wasser an der Oberfläche oder knapp darunter existierte. Als Indiz dafür werten Forscher hydratisierte Silikate und Sulfate, die innerhalb des vor rund 1,8 Milliarden Jahren begonnenen Amazonischen Zeitalters entstanden sein müssen. Ihrer Ansicht nach könnte dies darauf hindeuten, dass es länger als gedacht zumindest zeitweilig flüssiges Wasser auf dem Roten Planeten gab.

Unser Nachbarplanet Mars war in seiner frühen Anfangszeit wahrscheinlich wärmer und lebensfreundlicher als heute. Gängiger Annahme nach besaß er damals eine dichtere Atmosphäre, Seen, Flüsse und einigen Forschern zufolge vielleicht sogar einen Ozean. Bisher ist allerdings strittig, wie viel flüssiges Wasser es damals tatsächlich gab, und auch, wie lange es erhalten blieb. Denn nach der milderen Frühzeit änderte sich das Klima des Roten Planeten, er verlor große Teile seiner Atmosphäre und es wurde kälter und trockener. Spätestens mit Beginn der Amazonischen Periode vor rund 1,8 Milliarden Jahren, wahrscheinlich aber schon mit dem vor 3,5 Milliarden Jahren einsetzenden Hesperianischen Marszeitalter gab es keine dauerhaften Vorkommen flüssigen Wassers mehr an der Marsoberfläche. Heute existiert Wasser auf dem Mars nur noch in Form von Wassereis, das sich unter anderem in den polaren Eiskappen und in den Resten von Gletschern im Untergrund findet. Ob es auch noch Wasser in Form flüssiger, stark salzhaltiger Sole unter der Marsoberfläche gibt, ist umstritten.

Rover untersucht Gesteine in Utopia Planitia

Aber wie sieht es mit einem zumindest vorübergehenden Auftreten von flüssigem Wasser aus? Einigen Hypothesen nach könnte selbst in der kalten, trockenen Marsneuzeit zumindest ab und zu Wasser aus hydrothermalen Quellen oder anderen angewärmten Grundwasservorkommen an die Oberfläche gelangt sein. „Jüngste Analysen haben fluviale Landschaftsformen identifiziert, die Amazonisches Terrain durchschneiden“, erklären Yang Liu vom Nationalen Weltraumforschungszentrum in Peking und seine Kollegen. „Das deutet darauf hin, dass auch die jüngste Epoche des Mars noch wässrige Aktivität zeigte, die die Oberfläche formte.“ Antworten auf die Fragen, wann, wo und wie es in den letzten 1,8 Milliarden Jahren noch Wasser auf dem Roten Planeten gab, sollte unter anderem die chinesische Tianwen-1-Marsmission liefern, die im Mai 2021 den Rover Zhurong im Süden der Ebene Utopia Planitia absetzte.

Der mit sechs verschiedenen wissenschaftlichen Instrumenten ausgestattete Rover hat in den 92 Marstagen seiner Mission die Morphologie, Mineralogie, Oberflächenstruktur und Eisverteilung rund um seine Landestelle im größten Einschlagsbecken des Mars untersucht. Die nun von Liu und seinem Team ausgewerteten Daten zeigen, dass es in diesem Teil von Utopia Planitia zwei verschiedene Gesteinstypen gibt. Der erste umfasst dunkle, basaltische Brocken, die vermutlich aus älteren, tieferen Schichten stammen, wie das Team erklärt. Die zweite Sorte von Gesteinen ist dagegen vorwiegend hell gefärbt, teilweise bildet das helle Material einen Überzug auf einem dunkleren Inneren. „Diese Brocken sind von Staub bedeckt und zeigen oft abblätternde oder schuppige Oberflächen, die auf physikalische Verwitterung durch thermischen Stress und Wind hindeuten“, berichten die Forscher. Aus den Untersuchungen und den geologischen Gegebenheiten schließen sie, dass diese Brocken aus der Amazonischen Periode stammen müssen.

Hydratisierte Mineralkrusten deuten auf Porenwasser hin

Nähere Analysen des hellen Gesteins mithilfe verschiedener Spektrometer ergaben, dass diese Brocken hydratisierte Minerale enthalten – Minerale, in deren Struktur Wasser gebunden ist und die auf der Erde normalerweise in Anwesenheit von flüssigem Wasser entstehen. Die spektralen Signaturen des Marsgesteins könnten nach Angaben von Liu und seinen Kollegen denen von hydratisiertem Silikaten und Sulfaten sowie Gips entsprechen. Angesichts der teilweise um dunkle Kerne herum gebildeten hellen Schichten gehen sie davon aus, dass es sich um eine Art von Durikrusten handelt – harte Krusten, die durch Ausfällung von Mineralen aus dem Porenwasser von Gestein entstehen. Im Falle der marsianischen Krusten vermuten die Forscher, dass diese sich bildeten, als in Phasen höherer Grundwasserstände salzhaltige Sole im Untergrund aufstieg. Die salzreichen Mineralkrusten bildeten sich dann dort, wo Verdunstung von der nahen Oberfläche den Salzgehalt dieses Porenwassers noch weiter erhöhte.

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Nach Ansicht der Wissenschaftler spricht die Existenz dieser Mineralkrusten daher dafür, dass noch in der Amazonischen Periode genügend Grundwasser vorhanden war, um den oberflächennahen Untergrund zeitweilig zu durchnässen und zur Bildung der Durikrusten zu führen. „Diese Beobachtungen legen nahe, dass wässrige Aktivitäten auf dem Mars weit länger anhielten als bisher gedacht“, schreiben Liu und sein Team. Als mögliche Ursachen für das episodische Vorkommen von flüssigem Wasser im Untergrund sehen sie vulkanische Aktivität, aber auch das Pendeln der Marsachse. Weil diese im Laufe der marsianischen Geschichte ihre Ausrichtung mehrfach um mehr als ein Dutzend Grad änderte, könnte in der südlichen Utopia Planitia und anderen Gebieten zumindest zeitweilig ein etwas milderes Klima geherrscht haben.

Die neuen Ergebnisse haben aber auch potenzielle Bedeutung für künftige bemannte Marsmissionen: „Die Landestelle von Zhurong und andere Gebiete der nördlichen Ebenen könnten erhebliche Mengen an nutzbarem Wasser in Form von hydratisierten Mineralen und unter der Oberfläche liegendem Eis aufweisen, die bei der künftigen Marserkundung als Vor-Ort-Ressource dienen könnten“, betont das Forschungsteam.

Quelle: Yang Liu (National Space Science Center, Chinese Academy of Sciences, Beijing) et al., Science Advances, doi: 10.1126/sciadv.abn8555

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