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Mars: Flüsse unter Urzeit-Gletschern

Devon-Eisschild
Blick über das Devon-Eisschild in Kanada - so ähnlich könnten einst Teile des Mars ausgesehen haben. (Bild: Anna Grau Galofre)

Auf dem Mars gibt es viele Landschaftsformen, die an ausgetrocknete Flusstäler erinnern – auch die aktuelle Marsmission der NASA, der Perseverance-Rover, soll nahe einem dieser Flusstäler landen. Doch nun legt eine Studie nahe, dass ein Großteil der marsianischen Flussbetten eher durch subglaziales Schmelzwasser geschaffen wurde als durch freiströmende Flüsse. Das schließen die Forscher aus dem Vergleich der Struktur und Form der Mars-Flussnetzwerke mit irdischen Landschaftsformen. Sollten sich die Ergebnisse bestätigen, könnte dies Modelle stützen, nach denen der Mars auch früher zu kalt für längere Zeit freifließende Gewässer war.

Auf den ersten Blick sind die Spuren früheren Wassers auf dem Mars kaum zu übersehen: Es gibt weit verzweigte Netzwerke von Flussbetten, Mündungsdeltas und auch tief eingekerbte Schluchten, die an ausgetrocknete irdische Gewässer erinnern. Ihre Form und Struktur deutet nach Ansicht vieler Planetenforscher darauf hin, dass diese Landschaftsformen einst durch Wassererosion entstanden sind. „Seit die Marstäler vor rund 40 Jahren entdeckt wurden, herrschte die Annahme vor, dass auf dem Mars einst Flüsse strömten, die diese Täler schufen“, erklärt Anna Grau Galofre von der University of British Columbia in Vancouver. Andererseits jedoch ergeben Klimamodelle für den Mars widersprüchliche Daten dazu, ob es auf dem Roten Planeten einst wirklich warm genug für eine längere Periode mit fließenden Gewässern war. Denn einigen Modellen zufolge war die Marsatmosphäre selbst in der Anfangszeit des Planeten zu dünn und kalt, um längere Zeit flüssiges Wasser an der Oberfläche zu ermöglichen.

Form und Struktur verraten Ursprung

Das weckt die Frage, wie die marsianischen Flussnetzwerke sonst entstanden sein könnten – und ob man an ihrer heutigen Form ablesen kann, welcher Prozess sie einst schuf. Galofre und ihr Team haben sich deshalb 10.271 Flusstäler in 66 fluvialen Netzwerken des Mars noch einmal näher angeschaut. Sie ermittelten Kern-Parameter wie die Verzweigungswinkel, die Breite der Hauptströme, das Verhältnis von Breite zu Länge der Flussnetzwerke sowie die Zahl ihrer Verzweigungen und verglichen diese mit verschiedenen Talformen auf der Erde. „Wenn man sich die Erde von einem Satelliten aus anschaut, sieht man viele verschiedene Täler: Einige sind durch Flüsse entstanden, andere durch Gletscher oder andere Prozesse – und jede Art besitzt eine typische Form“, erklärt Galofre. Denn auch die Erosion durch Eis oder subglaziales Schmelzwasser kann flussbettähnliche Strukturen schaffen. Die Forscher übertrugen die typischen Merkmale dieser Landschaftsformen auf die marsianischen Strukturen und zogen so Rückschlüsse auf den wahrscheinlichsten Entstehungsprozess.

Die Auswertung ergab, dass zwar einige Flusstäler auf dem Mars tatsächlich durch Flüsse entstanden sein könnten, aber bei weiten nicht alle. „Unsere Ergebnisse demonstrieren, dass nur ein kleiner Teil der Talnetzwerke die für die Erosion durch Oberflächenwasser typischen Merkmale zeigen“, sagt Galofres Kollege Mark Jellinek. „Das steht in deutlichem Kontrast zur konventionellen Sichtweise.“ Konkret identifizierten die Forscher 14 marsianische Talnetzwerke, die wahrscheinlich tatsächlich durch Flüsse entstanden sein könnten. Sie liegen meist rund um Arabia Terra, ein Hochland direkt nördlich des Marsäquators. Deutlich häufiger und weiter verstreut sind dagegen Talnetzwerke, die durch subglaziales Schmelzwasser oder Gletschererosion gebildet wurden. Von ersteren identifizierten Galofre und ihr Team mindestens 22, von den Gletschertälern neun. „Dies sind die ersten Belege für eine umfangreiche subglaziale Erosion durch den kanalisierten Abfluss von Schmelzwasser unter alten Eisdecken des Mars“, sagt Jellinek.

Subglaziales Schmelzwasser als Landschaftsformer

Nach Angaben der Forscher bildeten sich die meisten heute noch sichtbaren Talnetzwerke auf dem Roten Planeten demnach durch das Schmelzwasser von Gletschern oder sogar durch die Gletscher selbst. Flüsse, die von Grundwasser oder Regen gespeist wurden, waren dagegen eher selten. Nach Ansicht von Galofre und ihrem Team würde dies auch zu den Klimamodellen für den Mars passen, nach denen zumindest das Hochland des Planeten schon sehr früh von großen Eisschilden bedeckt war. „Frühere Interpretationen der Geologie erforderten Niederschläge und einen oberflächlichen Abfluss des Regenwassers, um die Talnetzwerke zu bilden – was aber Klimasimulationen widersprach, die einen kühlen frühen Mars postulierten“, so die Forscher. „Unser Bild versöhnt nun die Klimamodelle mit den geologischen Beobachtungen.“

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Demnach könnte es zwar an manchen Orten auf dem Roten Planeten vorübergehend durchaus Seen und Flüsse gegeben haben. Ein großer Teil seiner Oberfläche, vor allem in den höheren Lagen, war aber durch Eis und Frost geprägt. Unter den dicken Eisschichten der marsianischen Gletscher waren die Bedingungen dagegen mild genug, um Schmelzwasser in ausgedehnten Netzwerken in die Ebenen strömen zu lassen – ähnlich wie heute die Schmelzwasserkanäle unter den Eisschilden Grönlands und der Antarktis.

Quelle: Anna Galofre (University of British Columbia, Vancouver) et al., Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-020-0618-x

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