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Astronomie+Physik

Von Mars-Flüssen charakteristisch gerundet

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Blick auf die gerundeten Steinen des Mars. Credit NASA/JPL-Caltech/MSSS
Es gibt noch flüssiges Marswasser! Bei den winzigen Mengen, die kürzlich für Schlagzeilen sorgten, handelt es sich allerdings um eine Art feuchten Gruß einer weit nasseren Vergangenheit. Dies belegten bereits Aufnahmen des Mars-Rovers Curiosity von 2012: Sie zeigten charakteristisch geformte Steine, die Mars-Flüsse vor etwa drei Milliarden Jahren gerundet zu haben scheinen. Nun haben Forscher diese Mars-Kiesel gleichsam zum Sprechen gebracht: Ihre Form lässt ihnen zufolge den Schluss zu, dass sie einst etwa 50 Kilometer weit vom Marswasser transportiert worden sind.

Nicht schroff und kantig, sondern rund und glatt – die Steine im Bett unserer irdischen Flüsse zeigen deutlich die Zeichen des Transports durch Wasserströmung. Über eine lange Zeit hinweg ruckelten sie sich von ihrer Entstehung als Bruchgestein immer weiter vorwärts. Dabei rieben sie sich an anderen Steinen und verloren zunehmend ihre Ecken und Kanten. Das Resultat ist das typische Erscheinungsbild von Fluss-Kieseln. Im Jahr 2012 entdeckte der Mars-Rover Curiosity auf der Oberfläche des Mars ebenfalls Steine mit genau solchen Merkmalen. Sie legen nahe, dass sie einst auf ähnliche Weise entstanden, wie ihre irdischen Pendants. Doch die Forscher um Douglas Jerolmack von der University of Pennsylvania Philadelphia wollten mehr über diese Zeugen der nassen Vergangenheit wissen – sie wollten herausfinden, ob die Form der Steine Rückschlüsse auf Details ihrer „bewegten“ Geschichte zulässt.

Rundungsprozesse in Formeln gepackt

„Bereits Aristoteles stellte sich die Frage, warum Kieselsteine am Ufer so rund sind“, sagt Jerolmack. Mittlerweile scheint die Ursache klar, doch „uns fehlten bisher grundlegende Informationen zu den Rundungsprozessen“, so der Geologe. Um diesen Fragen nachzugehen, erzeugten er und seine Kollegen gleichsam künstliche Flusstransportbedingungen im Labor: Sie ließen Gestein in Trommeln rotieren und untersuchten den Massenverlust durch diesen Prozess. Mit diesen Informationen rundeten sie schließlich buchstäblich ihr mathematisches Modell zur Entstehung von Gesteinsmerkmalen ab.

Um es auch mit „Felddaten“ zu untermauern, untersuchten die Forscher außerdem Gesteine eines Gebirgsflusses in Puerto Rico. „Wir begannen am Oberlauf, wo kantige Stücke von den Felsen abbrechen, um dann vom Strom abwärts getragen zu werden. Alle paar hundert Meter entnahmen wir dann Tausende von Steinen, um ihre Formen und ihr Gewicht aufzuzeichnen“, berichtet Jerolmack. Unterm Strich vervollständigten sie so ihr Modell, das letztlich einen Zusammenhang zwischen der Form eines Steins und seiner Transportgeschichte ermöglicht. „Die Form eines Objekts kann eine Menge erzählen“, sagt Co-Autor Gábor Domokos von der Universität Budapest. „Wenn Sie an einem Strand spazieren gehen, haben Sie Naturgeschichte unter den Füßen. Wir begannen zu verstehen, dass es einen Code gibt, den man lesen kann, um diese Geschichte zu verstehen“, so der Wissenschaftler.

50 Kilometer von Marswasser transportiert

Ihre irdischen Erkenntnisse projizierten die Forscher schließlich auf die Aufnahmen der Marsgesteine. Die Berechnungen legen nahe, dass diese Basaltbrocken im Laufe ihrer Geschichte etwa 20 Prozent ihres Volumens verloren haben. Unter Berücksichtigung der geringeren Marsschwerkraft bedeutet dies in Entfernung umgerechnet: Die Steine sind etwa 50 Kilometer weit von ihrem Entstehungsort wegbewegt worden. Diese Entfernung  passt zu der bisherigen Vermutung, dass das Gestein ursprünglich von einem Kraterrand stammt, der stromaufwärts der einstigen Wasserbewegung liegt.

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Den Forschern zufolge geht die Bedeutung ihrer Ergebnisse deutlich über die Erforschung der Wasser-Geschichte des Mars hinaus. Auch im Fall anderer Planeten und Himmelskörper mit Flüssigkeiten wären Rückschlüsse auf geologische Prozesse in der Vergangenheit möglich. Ein Beispiel wären die Gewässer aus flüssigen Kohlenwasserstoffen auf dem Saturnmond Titan. Aber nicht zuletzt richtet sich auch der Blick wieder auf die Erde, betonen Jerolmack und seine Kollegen. Das Modell der Forscher könnte Hinweise liefern, woher bestimmtes Gesteinsmaterial in Flüssen stammt. Besonders kostbar könnte diese Information sein, wenn am Ursprungsort Rohstoffe lagern könnten – beispielsweise Gold.

Originalarbeit der Forscher:

© wissenschaft.de – Martin Vieweg
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