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Planetarer Wasserverlust

Wie Mars noch immer austrocknet

Forscher sind dem Wasserverlust des roten Planeten auf der Spur. (Petmal/iStock)

H2O in erstaunlichen Höhen: Wissenschaftler haben aufgedeckt, wie unserem einst feuchten Nachbarplaneten noch immer das Wasser ins All entfleucht. Entgegen bisheriger Annahmen werden Wassermoleküle auch bis in die obere Marsatmosphäre getragen, geht aus Daten der NASA-Sonde MAVEN hervor. Dort zerfallen sie, sodass anschließend molekularer Wasserstoff ins All entweichen kann. Den Ergebnissen zufolge bringen offenbar jahreszeitliche Effekte und Staubstürme das Wasser verstärkt in große Höhen. Seit wann dieser Prozess den Wasserverlust dominiert und welche Bedeutung er bei der Entwicklung des Mars insgesamt hatte, bleibt allerdings fraglich.

Heute ist er ein frostiger Wüstenplanet, doch mittlerweile gilt als gesichert, dass der Mars in seiner Jugend von flüssigem Wasser geprägt war – ähnlich wie die Erde. Doch offensichtlich verlor unser Nachbarplanet im Lauf seiner Entwicklungsgeschichte den Großteil seines Wasserschatzes. Die Reste bilden heute die Eiskappen an den Polen sowie geringe Mengen im Untergrund und in der dünnen Atmosphäre. Man ging bereits davon aus, dass der Mars sein Wasser nicht langfristig halten konnte: Der Großteil wurde im Laufe der Jahrmilliarden durch UV-Strahlung zu Wasserstoff abgebaut, der anschließend buchstäblich leicht ins All entfleuchen konnte.

Dem Wasserverlust auf der Spur

Dieser Prozess trocknet auch heute noch den Mars weiter aus, geht aus dem Nachweis von Wasserstoff in oberen Atmosphärenschichten hervor. Modelle dieses Prozesses legten allerdings nahe, dass das Wasser nur in niedrigen Schichten in Wasserstoff umgewandelt wird, bevor es in die obere Atmosphäre aufsteigt. Denn man ging davon aus, dass die Wassermoleküle nicht über eine bestimmte Höhe hinaus aufsteigen können, da sie dann auskristallisieren und wieder nach unten sinken. Im Fall der Erde wird dieser Bereich als Hygropause bezeichnet. Wie aus den Ergebnissen der Forscher um Shane Stone von der University of Arizona in Tucson nun hervorgeht, besitzt der Mars im Gegensatz dazu keine stark ausgeprägte Hygropause mehr.

Die Ergebnisse basieren dabei auf Auswertungen von Daten der NASA-Sonde MAVEN. Während sie den Mars umkreist, taucht sie regelmäßig in die obere Atmosphäre des Planeten ein. Ein Analyseinstrument kann dabei die Konzentration von Substanzen erfassen – so auch von Wassermolekülen. Wie die Forscher berichten, konnten sie nun Wasser in einer überraschend großen Höhe von etwa 160 Kilometern über der Marsoberfläche nachweisen. Einmal in der oberen Atmosphäre angekommen, werden die Wassermoleküle den Berechnungen zufolge dann recht schnell durch Ionen auseinandergebrochen. Der dabei entstehende atomare Wasserstoff geht anschließend ins All verloren.

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Staubstürme wirken besonders austrocknend

Wie aus den Auswertungen weiter hervorgeht, ist das Ausmaß des Wasserdampf-Aufstiegsmit der Jahreszeit sowie mit den Staubstürmen auf dem Mars verbunden. Im Vergleich zur Erde umkreist unser Nachbarplanet die Sonne in einer etwas elliptischeren Bahn und kommt ihr während des Sommers auf der südlichen Halbkugel am nächsten. Wie die Wissenschaftler erklären, erwärmt sich der Mars in dieser Zeit am stärksten, was offenbar mit der erhöhten Mobilisierung des Wassers von der Oberfläche verbunden ist. Die jährlichen regionalen Stürme sowie die großen globalen Staubstürme, die etwa alle zehn Jahre über den gesamten Planeten wirbeln, führen zu einer weiteren Erwärmung der Atmosphäre und zu einem Anstieg der Aufwärtsbewegung des Wassers, sagen die Wissenschaftler. Ihnen zufolge zeichnet sich ab, dass die globalen Staubstürme den Transport von Wasser in die obere Atmosphäre um das 20-Fache erhöhen können. Demnach setzt ein globaler Staubsturm, der 45 Tage dauert, die gleiche Menge Wasser in den Weltraum frei, wie der Mars während eines ruhigen Jahres verlieren würde.

„Der Verlust seiner Atmosphäre und des Wassers an den Weltraum ist ein Hauptgrund dafür, dass der Mars im Vergleich zur warmen und feuchten Erde heute kalt und trocken ist. Die neuen Daten von MAVEN zeigen nun einen Prozess auf, durch den dieser Verlust auch heute noch auftritt“, resümiert Stone die Ergebnisse. Möglicherweise hatte dieser Prozess eine große Bedeutung bei der Austrocknung des Planeten. Als die Forscher die Daten auf die letzte Milliarde von Jahren projizierten, kamen sie auf einen erheblichen Wasserverlust: „Wenn wir das durch den saisonalen Prozess entfleuchte Wasser nehmen und es gleichmäßig über die gesamte Marsoberfläche verteilen würden, entstünde ein globaler Ozean mit einer Wassertiefe von etwa 44 Zentimetern. Der Effekt der globalen Stürme würden noch einen zusätzlichen Beitrag von rund 17 Zentimetern leisten“, sagt Stone.

Doch wie die Forscher betonen, bleibt bisher unklar, welche Rolle der Prozess insgesamt beim Wasserverlust unseres Nachbarplaneten gespielt hat. Denn wahrscheinlich ist der Hygropause-Effekt des Mars durch seine einst dichterer Atmosphäre früher stärker gewesen. „Bevor der von uns beschriebene Prozess in Gang kam, muss es bereits eine beträchtliche Menge an atmosphärischem Entweichen in den Weltraum gegeben haben“, sagt Stone. „Wir müssen die Auswirkungen dieses Prozesses und den Zeitpunkt, wann er zu funktionieren begann, somit noch genauer ausloten“, sagt der Wissenschaftler.

Quelle: University of Arizona. Fachartikel: Science, doi: 10.1126/science.aba5229

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