Ab 2016 wurde der Mars zum ständigen Wohnsitz von nicht weniger als acht Robotermissionen, einer Kombination aus Orbitern, Rovern und Landern. Zwischen umfangreichen Studien der Marsatmosphäre und -oberfläche haben Wissenschaftler viel über die Geschichte und Entwicklung des Planeten gelernt. Insbesondere haben sie umfangreiche Beweise dafür gefunden, dass der Mars einst fließendes Wasser auf seiner Oberfläche hatte.
Die neuesten Beweise dafür von der University of Texas in Austin, wo Forscher produziert haben eine Studie detailliert, wie Wasser Sedimente in der Aeolis Dorsa-Region des Mars abgelagert hat. Laut ihrer Forschung enthält dieses Gebiet umfangreiche Sedimentablagerungen, die als historische Aufzeichnungen des Mars dienen und den Einfluss der wasserbasierten Erosion im Laufe der Zeit katalogisieren.
Die Studie mit dem Titel „ Fluviale Stratigraphie von Talfüllungen bei Aeolis Dorsa, Mars: Beweise für Schwankungen auf Basisniveau, die von einem stromabwärts gelegenen Wasserkörper kontrolliert werden “, erschien kürzlich in der wissenschaftlichen ZeitschriftGeoScienceWorld. Unter der Leitung von Benjamin D. Cardenas – einem Geologen der Jackson School of Geosciences an der University of Texas in Austin – untersuchte das Team Satellitendaten der Region Aeolis Dorsa, um die Struktur von Sedimentablagerungen zu untersuchen.
MOLA Topographische Karte des Aeolis-Vierecks (MC-23) auf dem Planeten Mars. Bildnachweis: USGS
Aeolis Dorsa ist seit Jahren für Wissenschaftler von Interesse, da sie einige der am dichtesten gepackten Sedimentschichten auf dem Mars enthält, die von fließendem Wasser (auch bekannt als fluviale Ablagerungen) abgelagert wurden. Diese Ablagerungen sind von der Umlaufbahn aus sichtbar, da sie einen Prozess durchlaufen haben, der als „topographische Inversion“ bekannt ist – der darin besteht, dass Ablagerungen niedrige Flussrinnen füllen und dann exhumiert werden, um eingeschnittene Täler zu schaffen.
Eingeschnittene Täler sind definitionsgemäß topografische Tiefs, die durch „Fluss“-Erosion erzeugt werden – d. h. bezogen auf einen Fluss oder ein Flussufer. Auf der Erde werden diese Täler normalerweise durch den Anstieg des Meeresspiegels geschaffen und dann als Folge des sinkenden Meeresspiegels mit Sediment gefüllt. Wenn der Meeresspiegel steigt, werden die Täler aus der Landschaft geschnitten, während sich das Wasser ins Landesinnere bewegt; und wenn der Meeresspiegel sinkt, lagern sich zurückziehende Gewässer in ihnen Sedimente ab.
Laut der Studie bietet dieser Prozess Geophysikern und Planetenwissenschaftlern die Möglichkeit, die geologischen Aufzeichnungen des Mars in drei Dimensionen und über erhebliche Entfernungen hinweg zu beobachten. Wie Cardenas Universe Today per E-Mail sagte:
„Sedimentgesteine zeichnen im Allgemeinen Informationen über die Umgebung auf, unter der sie abgelagert wurden. Fluviale (Fluss-)Ablagerungen zeichnen speziell Informationen über die Art und Weise auf, wie Flüsse seitlich wandern, wie sie vertikal anwachsen und wie sich diese Dinge im Laufe der Zeit verändert haben.“
Der gepunktete weiße Pfeil zeigt auf gekrümmte Schichten, die Punktbalkenwachstum und Flusswanderung aufzeichnen, während der schwarze Pfeil topographisch umgekehrte Flussablagerungen zeigt, die als Grate zutage treten (z. B. schwarzer Pfeil). Bildnachweis: hou.usra.edu
Hier auf der Erde wird die Statigraphie (d. h. die Anordnung und Position von Sedimentschichten) von Sedimentgesteinen von Geologen seit Generationen verwendet, um die Bedingungen auf unserem Planeten vor Milliarden von Jahren einzuschränken. Erst in der jüngeren Geschichte wurde die Untersuchung von Sedimentschichten verwendet, um die Umweltbedingungen auf anderen planetaren Körpern (wie dem Mars) vor Milliarden von Jahren einzuschränken.
Die meisten dieser Studien haben jedoch Daten hervorgebracht, die nicht in der Lage waren, Sedimentverpackungen im Submeterbereich aufzulösen. Stattdessen wurden Satellitenbilder verwendet, um großräumige stratigraphische Beziehungen zu definieren, wie beispielsweise Ablagerungsmuster entlang vergangener Wasserkanäle. Mit anderen Worten, die Studien haben sich mehr darauf konzentriert, die Existenz vergangener Wasserflüsse auf dem Mars zu katalogisieren als das, was seitdem passiert ist.
Wie Cardenas andeutete, verfolgten er und sein Team einen anderen Ansatz, der davon ausging, dass der Mars in den letzten 3,5 Milliarden Jahren Veränderungen erfahren hat. Wie er erklärte:
„Im Allgemeinen gab es die Annahme, dass ein Großteil der Marsoberfläche nicht sonderlich anders ist als vor 3,5 Milliarden Jahren. Wir bemühen uns zu zeigen, dass die moderne Oberfläche in unserem Untersuchungsgebiet Aeolis Dorsa das Ergebnis von Bestattung, Exhumierung und ungleicher Erosion ist, und es kann nicht davon ausgegangen werden, dass die moderne Oberfläche die antike Oberfläche überhaupt darstellt. Wir versuchen wirklich zu zeigen, dass das, was wir heute sehen, die Merkmale, die wir heute messen können, Sedimentablagerungen von Flüssen sind und keine tatsächlichen Flüsse. Dies ist unglaublich wichtig, wenn Sie beginnen, Ihre Beobachtungen zu interpretieren, und es wird häufig übersehen.“
Perspektivische Ansicht von Reull Vallis basierend auf Bildern des Mars Express der ESA. Reull Vallis, eine flussähnliche Struktur, soll sich gebildet haben, als in der fernen Vergangenheit des Mars fließendes Wasser floss. Bildnachweis und Copyright: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
Für ihre Forschung verwendeten Cardenas und sein Team Stereopaare aus hochauflösenden Bildern und topografischen Daten, die von der Kontextkamera (CTX) und die Wissenschaftliches Experiment mit hochauflösender Bildgebung (HiRISE) an Bord der Mars-Aufklärungsorbiter (MRO). Diese Daten wurden dann mit den Integrierte Software für Imager und Spektrometer (ISIS) – ein digitales Bildverarbeitungspaket, das vom U.S. Geological Survey (USGS) – und der Ames Stereo Pipeline der NASA verwendet wird.
Diese verarbeiteten die gepaarten Bilder zu hochauflösenden topografischen Daten und digitalen Höhenmodellen (DEMs), die dann mit Daten aus dem Laser-Höhenmesser im Orbit des Mars (MOLA) Instrument an Bord der Mars Global Surveyor (NACHRICHT). Das Endergebnis war eine Reihe von DEMs, deren Auflösung um Größenordnungen höher war als alles, was zuvor produziert wurde.
Aus all diesen Gründen konnten Cardenas und seine Kollegen Stapelmuster in den fluvialen Ablagerungen identifizieren, Veränderungen im Sedimentationsstil feststellen und Mechanismen für ihre Entstehung vorschlagen. Darüber hinaus führte das Team eine brandneue Methode ein, um die Fließrichtung der Flüsse zu messen, die diese Ablagerungen verlassen haben, wodurch sie sehen konnten, wie sich die Landschaft in den letzten Milliarden Jahren verändert hat.
„Die Studie zeigt, dass es auf dem Mars vor etwa 3,5 Milliarden Jahren ein großes Gewässer gab und dass dieses Gewässer langsam genug zu- und abnahm, dass die Flusssedimentation Zeit hatte, sich anzupassen“, sagte Cardenas. „Dies entspricht eher langsameren Klimaänderungen und weniger katastrophalen hydrologischen Ereignissen. Aeolis Dorsa befindet sich entlang der vermuteten Küstenlinie eines alten nördlichen Ozeans auf dem Mars. Es ist interessant, Küstenflussablagerungen bei Aeolis Dorsa zu finden, aber es hilft uns nicht, die Größe des Wasserkörpers (See, Ozean usw.) einzuschränken.“
Nanedi Valles, ein rund 800 Kilometer langes Tal, das vermutlich durch Grundwasserabfluss entstanden ist. Copyright ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum)
Im Wesentlichen kamen Cardenas und seine Kollegen zu dem Schluss, dass – ähnlich wie auf der Erde – sinkende und steigende Wasserstände in einem großen Wasserkörper die Bildung der Paläo-Täler in ihrem Untersuchungsgebiet erzwangen. Und ähnlich wie heute auf der Erde wurden Flüsse, die sich in Küstenregionen bildeten, stark von Veränderungen der Wasserstände eines großen, stromabwärts gelegenen Gewässers beeinflusst.
Seit einiger Zeit ist es eine Selbstverständlichkeit, dass die Oberfläche des Mars tot ist und ihre Merkmale in der Zeit eingefroren sind. Aber wie diese Studie gezeigt hat, hat sich die Landschaft erheblich verändert, seit sie ihre Atmosphäre und ihr Oberflächenwasser verloren hat. Diese Ergebnisse werden zweifellos von Interesse sein, wenn wir uns einer bemannten Mission zur Marsoberfläche nähern.
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