Obwohl die Oberfläche des Mars heute ein trockener, ausgetrockneter und bitterkalter Ort ist, wird stark angenommen, dass der Planet einst Flüsse, Bäche, Seen und fließendes Wasser auf seiner Oberfläche hatte. Dank einer Kombination von Raumfahrzeugbildern, Fernerkundungstechniken und Oberflächenuntersuchungen von Landern und Rovern wurden zahlreiche Beweise gesammelt, um diese Theorie zu stützen.
Diese Ansicht ist jedoch schwer mit den neuesten Klimamodellen des Mars in Einklang zu bringen, die darauf hindeuten, dass es ein ewig kalter und eisiger Ort gewesen sein sollte. Aber laut einer neuen Studie kann das Vorhandensein von warmem, fließendem Wasser ein episodisches Ereignis gewesen sein, das Jahrzehnte oder Jahrhunderte lang passiert ist, als der Planet durch Vulkanausbrüche und Treibhausgase ausreichend erwärmt wurde.
Die Studie, die von Wissenschaftlern der Brown University und des israelischen Weizmann Institute of Science durchgeführt wurde, legt nahe, dass Wärme und Wasserfluss auf dem alten Mars wahrscheinlich episodisch waren, im Zusammenhang mit kurzen Perioden vulkanischer Aktivität, die Tonnen von treibhauswirksamem Schwefeldioxidgas in den Atmosphäre.
Die Arbeit kombiniert die Wirkung des Vulkanismus mit den neuesten Klimamodellen des frühen Mars und legt nahe, dass Perioden mit Temperaturen, die warm genug waren, damit Wasser fließen konnte, wahrscheinlich nur zehn oder Hunderte von Jahren am Stück dauerten.
Die Vorstellung, dass der Mars Oberflächenwasser hatte, ist Jahrhunderte älter als das Weltraumzeitalter. Lange bevor Percival Lowell 1877 etwas beobachtete, von dem er dachte, dass es „Kanäle“ auf der Marsoberfläche waren, wurden die polaren Eiskappen und dunklen Flecken auf der Oberfläche von Astronomen beobachtet, die dachten, sie seien Hinweise auf flüssiges Wasser.
Curiosity fand an einigen Stellen Hinweise auf einen uralten, fließenden Strom auf dem Mars, darunter der hier abgebildete Felsvorsprung „Hottah“. Bildnachweis: NASA/JPL
Aber mit allem, was in den letzten Jahren über den Mars gelernt wurde, hat sich das Geheimnis des uralten Wassers des Planeten nur noch vertieft. Die neueste Generation von Klimamodellen für den frühen Mars legt nahe, dass die Atmosphäre zu dünn war, um den Planeten so zu erwärmen, dass Wasser fließen konnte. Vor Milliarden von Jahren war die Sonne auch viel dunkler als heute, was dieses Bild eines wärmeren frühen Mars noch komplizierter macht.
„Diese neuen Klimamodelle, die eine kalte und eisbedeckte Welt vorhersagen, waren schwer mit den zahlreichen Beweisen in Einklang zu bringen, dass Wasser über die Oberfläche floss und Bäche und Seen bildete“, sagte James W. Head, Professor für Erd-, Umwelt- und Planetenwissenschaften an der Brown University und Co-Autor der neuen Arbeit mit Weizmanns Itay Halevy. „Diese neue Analyse liefert einen Mechanismus für episodische Perioden des Erhitzens und Schmelzens von Schnee und Eis, die jeweils Jahrzehnte bis Jahrhunderte hätten dauern können.“
Halevy und Head untersuchten die Idee, dass die Erwärmung mit periodischem Vulkanismus verbunden sein könnte. Viele der geologischen Merkmale, die darauf hindeuten, dass Wasser auf der Marsoberfläche floss, wurden vor 3,7 Milliarden Jahren datiert, einer Zeit, in der massive Vulkane als aktiv angesehen werden.
Und während auf der Erde weit verbreiteter Vulkanismus oft eher zu einer globalen Verdunkelung als zu einer Erwärmung geführt hat – aufgrund von Schwefelsäurepartikeln, die die Sonnenstrahlen reflektieren –, glauben Head und Halevy, dass die Auswirkungen in der staubigen Atmosphäre des Mars möglicherweise anders ausgefallen sind.
Um diese Theorie zu testen, erstellten sie ein Modell, wie Schwefelsäure mit dem weit verbreiteten Staub in der Marsatmosphäre reagieren könnte. Die Arbeit legt nahe, dass diese Schwefelsäurepartikel auf Staubpartikeln geglommt und ihre Fähigkeit, die Sonnenstrahlen zu reflektieren, verringert hätten. In der Zwischenzeit hätte Schwefeldioxidgas genug Treibhauseffekt erzeugt, um die Äquatorregion des Mars zu erwärmen, sodass Wasser fließen konnte.
Bild der McMurdo Dry Valleys, Antarktis, erworben mit dem Enhanced Thematic Mapper plus (ETM+)-Instrument von Landsat 7. Bildnachweis: NASA/EO
Head führt seit Jahren Feldforschung in der Antarktis durch und glaubt, dass das Klima auf dem frühen Mars dem sehr ähnlich gewesen sein könnte, was er in der kalten, wüstenähnlichen Umgebung beobachtet hat.
„Die durchschnittliche Jahrestemperatur in den Trockentälern der Antarktis liegt weit unter dem Gefrierpunkt, aber die Tageshöchsttemperaturen im Sommer können den Schmelzpunkt von Wasser überschreiten und vorübergehende Ströme bilden, die dann wieder gefrieren“, sagte Head. „In ähnlicher Weise stellen wir fest, dass Vulkanismus die Temperatur auf dem frühen Mars für Jahrzehnte bis Jahrhunderte über den Schmelzpunkt bringen kann, was episodische Perioden der Bildung von Flüssen und Seen verursacht.“
Als dieser frühe aktive Vulkanismus auf dem Mars aufhörte, verschwand auch die Möglichkeit von wärmeren Temperaturen und fließendem Wasser.
Laut Head könnte diese Theorie auch bei der anhaltenden Suche nach Anzeichen dafür helfen, dass der Mars einst Leben beherbergte. Falls es jemals existierte, könnte diese neue Forschung Hinweise darauf geben, wo die versteinerten Überreste gelandet sind.
„Das Leben in der Antarktis in Form von Algenmatten ist sehr widerstandsfähig gegen extrem kalte und trockene Bedingungen und wartet einfach darauf, dass die episodische Wasserinfusion ‚blüht‘ und sich entwickelt“, sagte er. 'So könnten die alten und derzeit trockenen und kargen Fluss- und Seeböden auf dem Mars die Überreste ähnlicher primitiver Lebensformen beherbergen, falls sie jemals auf dem Mars aufgetreten sind.'
Die Studie wurde veröffentlicht in Natur Geowissenschaften.
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