Heute ist allgemein bekannt, dass der Mars ein kalter, trockener und geologisch toter Planet ist. Vor Milliarden von Jahren, als er noch jung war, hatte der Planet jedoch eine dichtere Atmosphäre und hatte flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche. Vor Millionen von Jahren erlebte er auch eine erhebliche Menge vulkanischer Aktivität, die zur Bildung seiner massiven Merkmale führte – wie Olympus Mons, der größte Vulkan im Sonnensystem.
Bis vor kurzem haben Wissenschaftler verstanden, dass die vulkanische Aktivität des Mars von anderen Quellen als der tektonischen Bewegung angetrieben wurde, von der der Planet seit Milliarden von Jahren leer war. Doch nach dem Dirigieren eine Studie von Marsgesteinsproben kam ein Forscherteam aus Großbritannien und den Vereinigten Staaten zu dem Schluss, dass der Mars vor Äonen vulkanischer aktiver war als bisher angenommen.
Ihre Studie mit dem Titel „ Den Puls des Mars durch die Datierung eines von Federn gespeisten Vulkans messen “, erschien kürzlich in der wissenschaftlichen ZeitschriftNaturkommunikation. Unter der Leitung von Benjamin Cohen, einem Forscher der Umweltforschungszentrum der schottischen Universitäten (SUERC) und die School of Geographical and Earth Sciences an der University of Glasgow , führte das Team eine Analyse der vulkanischen Vergangenheit des Mars mit Proben von Marsmeteoriten durch.
Asteroideneinschläge auf dem Mars haben Proben von Marsgestein in Form von Meteoriten auf die Erde geschickt. Bildnachweis: geol.umd.edu
Auf der Erde entsteht der Großteil des Vulkanismus durch Plattentektonik, die durch Konvektion im Erdmantel angetrieben wird. Aber auf dem Mars ist der Großteil der vulkanischen Aktivität das Ergebnis von Mantelplumes, bei denen es sich um hochlokalisierte Auftriebe von Magma handelt, die aus den Tiefen des Mantels aufsteigen. Dies liegt daran, dass die Marsoberfläche in den letzten Milliarden Jahren statisch und kühl geblieben ist.
Aus diesem Grund werden Marsvulkane (obwohl sie in der Morphologie den Schildvulkanen auf der Erde ähnlich sind) viel größer als die auf der Erde. Olympus Mons zum Beispiel ist nicht nur der größte Schildvulkan auf dem Mars, sondern auch der größte im Sonnensystem. Während der höchste Berg der Erde – Mt. Everest – 8.848 m (29.029 ft) hoch ist, ist Olympus Mons etwa 22 km (13.6 mi oder 72.000 ft) hoch.
Für ihre Studie verwendeten Dr. Cohen und seine Kollegen radioskopische Datierungstechniken, die häufig verwendet werden, um das Alter und die Ausbruchsrate von Vulkanen auf der Erde zu bestimmen. Für Schildvulkane auf dem Mars wurden solche Techniken jedoch bisher nicht eingesetzt. Infolgedessen war die Studie des Teams von Mars-Meteoritenproben die erste detaillierte Analyse der Wachstumsraten in Mars-Vulkanen.
Die sechs von ihnen untersuchten Proben sind als Nakhlite bekannt, eine Klasse von Mars-Meteoriten, die sich vor etwa 1,3 Milliarden Jahren aus basaltischem Magma gebildet haben. Diese kamen vor etwa 11 Millionen Jahren auf die Erde, nachdem sie durch ein Einschlagereignis vom Gesicht des Mars gesprengt wurden. Durch eine Analyse von Marsmeteoriten konnte das Team neue Informationen über die vulkanische Vergangenheit des Mars im Wert von etwa 90 Millionen Jahren aufdecken.
Farbmosaik des größten Berges des Mars, Olympus Mons, aus der Umlaufbahn betrachtet. Kredit NASA/JPL
Wie Dr. Cohen in einer Universität von Glasgow erklärte Pressemitteilung :
„Wir wissen aus früheren Studien, dass die Nakhlit-Meteoriten vulkanisches Gestein sind, und die Entwicklung von Techniken zur Altersbestimmung in den letzten Jahren hat die Nakhliten zu perfekten Kandidaten gemacht, um mehr über Vulkane auf dem Mars zu erfahren.“
Der erste Schritt bestand darin, zu zeigen, dass die Gesteinsproben tatsächlich vom Mars stammen, was das Team durch Messung ihrer Exposition gegenüber kosmogener Strahlung bestätigte. Daraus stellten sie fest, dass die Gesteine vor 11 Millionen Jahren aus der Marsoberfläche herausgeschleudert wurden, höchstwahrscheinlich infolge eines Einschlagereignisses auf der Marsoberfläche. Anschließend wandten sie eine hochpräzise radioskopische Technik an, die als bekannt ist40Mit/39Ar-Dating.
Dabei wurde mit Hilfe eines Edelgas-Massenspektromers die in den Proben aufgebaute Argonmenge gemessen, die durch den natürlichen radioaktiven Zerfall von Kalium entsteht. Daraus konnten sie 90 Millionen Jahre lang neue Informationen über die Marsoberfläche gewinnen. Die Ergebnisse ihrer Analyse zeigten, dass es signifikante Unterschiede in der vulkanischen Geschichte zwischen der Erde und dem Mars gibt. Als Dr. Cohen erklärt :
„Wir fanden heraus, dass sich die Nakhliten im Laufe von 90 Millionen Jahren aus mindestens vier Eruptionen gebildet haben. Dies ist eine sehr lange Zeit für einen Vulkan und viel länger als die Dauer von terrestrischen Vulkanen, die normalerweise nur einige Millionen Jahre aktiv sind. Und das kratzt nur an der Oberfläche des Vulkans, da durch den Einschlagskrater nur sehr wenig Gestein herausgeschleudert worden wäre – der Vulkan muss also viel länger aktiv gewesen sein.“
Ein Dreifachkrater in Elysium Planitia auf dem Mars. Bildnachweis: NASA/JPL/University of Arizona
Darüber hinaus konnte das Team auch eingrenzen, von welchen Vulkanen ihre Gesteinsproben stammten. Frühere Studien der NASA ergaben mehrere Kandidaten für den möglichen Nakhlit-Quellkrater. Allerdings entsprach nur einer der Orte seinen Ergebnissen in Bezug auf das Alter der Vulkanausbrüche und die Auswirkungen, die die Proben ins All geschleudert hätten.
Dieser spezielle Krater (der derzeit keinen Namen hat) befindet sich in der vulkanischen Ebene, die als Elysium Planitia bekannt ist, etwa 900 km vom Gipfel des 12,6 km hohen Vulkans Elysium Mons entfernt. Es befindet sich auch etwa 2000 km (1243 Meilen) nördlich von dem Ort, an dem sich derzeit der NASA-Rover Curiosity befindet. Wie Cohen erklärte, hat die NASA einige wunderbar detaillierte Satellitenbilder dieses speziellen Kraters.
'Es ist 6,5 km breit und hat Auswurfstrahlen von Trümmern erhalten', sagte er. „Und wir konnten mehrere horizontale Bänder an den Kraterwänden sehen – was darauf hindeutet, dass die Gesteine Schichten bilden, wobei jede Schicht als separater Lavastrom interpretiert wird. Diese Studie konnte ein klareres Bild der Geschichte der Nakhlit-Meteoriten und damit der größten Vulkane des Sonnensystems liefern.“
In Zukunft werden Probenrückführungen und bemannte Missionen zum Mars dieses Bild sicherlich noch weiter verdeutlichen. Da der Mars wie die Erde ein terrestrischer Planet ist, wird das Wissen um seine geologische Geschichte letztendlich unser Verständnis davon verbessern, wie die Gesteinsplaneten des Sonnensystems entstanden sind. Kurz gesagt, je mehr wir über die vulkanische Geschichte des Mars wissen, desto mehr können wir über die Entstehung und Entwicklung des Sonnensystems lernen.
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