Mars: Heißer Druck aus der Tiefe

Offenbar passiert noch etwas anderes: Unter den nördlichen Ebenen des Mars kann der sogenannte Mantelplume die Kruste drücken und so die vergangenen Spuren junger vulkanischer und seismischer Aktivitäten in der Gegend erklären. Diese basiert auf einer Analyse der Topografie, Schwerkraft und Geologie der Region Elysium Planitia und geologischen Modellen, die mögliche Prozesse beschreiben. Wissenschaftler sagen, dass die Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der Entwicklung des Planeten und sogar auf die Bewertung der Überlebensfähigkeit des Mars haben.

Zumindest an der Oberfläche erscheint unser naher Stern heutzutage solide und inaktiv. Allerdings wurde auch deutlich, dass dies nicht immer so war: Die Überreste teils riesiger Vulkankegel und Gesteinsablagerungen auf seiner Oberfläche zeugen vom „heißen Blut“ des Mars in der Vergangenheit. Aber die markanten Spuren dieses Vulkans sind uralt. Der Mars mag im Inneren noch Glut haben, aber lange Zeit ging man davon aus, dass sie von außen nicht sichtbar wäre. Denn dem Planeten fehlt eine Eigenschaft, die im Falle der Erde für die meisten Vulkane verantwortlich ist: Der Übergang der Erdplatten im Rahmen der Plattentektonik führt zum Auftreten von Erdbeben und vulkanischer Aktivität. Das Fehlen solcher Prozesse auf dem Mars führt dazu, dass er lange als starrer Planet galt, in den letzten drei Milliarden Jahren ist ihm nicht viel passiert.

Doch die Untersuchungsergebnisse der letzten Jahre widersprechen diesem Bild: Die NASA-Raumsonde Lander InSight, die seit 2018 auf dem Mars unterwegs ist, hat im Untergrund erhebliche seismische Aktivität festgestellt. Die Erschütterungen gehen von einem nahe gelegenen Spaltensystem namens Cerberus Fossae aus. Von dort gab es auch eine weitere interessante Entdeckung: „Frühere Arbeiten unserer Forschungsgruppe fanden Hinweise auf die bekanntesten Vulkanausbrüche auf dem Mars. Es verursachte einen kleinen Ausbruch von Vulkanasche, der möglicherweise erst vor etwa 53.000 Jahren stattgefunden hat, was im Grunde genommen gestern in geologischer Zeit ist“, sagte Jeffrey Andrews-Hanna von der University of Arizona in Tucson. In der aktuellen Studie untersucht er nun gemeinsam mit seinem Kollegen Adrien Broquet, was hinter der jungen geologischen Aktivität auf dem Mars stecken könnte.

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Was verursacht Aktivität?

Neben der Plattentektonik sind auch die sogenannten Mantelplumes als Ursache für Vulkane und Erdbeben auf der Welt bekannt. „Da wir wissen, dass es auf dem Mars keine Plattentektonik gibt, haben wir untersucht, ob die Aktivität, die wir in der Region Cerberus Fossae sehen, das Ergebnis einer Mantelwolke sein könnte“, sagte Broquet. Wie Wissenschaftler erklären, kann man sich dieses geologische Phänomen wie die Erwärmung einer Lavalampe vorstellen. Mantelwolken sind große Blasen aus heißem Gesteinsmaterial, die aufgrund ihrer geringen Dichte aus dem Inneren des Planeten aufsteigen und seinen Mantel durchdringen. Sie können die Kruste anheben und Erdbeben, Verwerfungen und Vulkanausbrüche verursachen. Auf der Erde beispielsweise entstand die Inselkette Hawaii, als die pazifische Platte langsam den Mantel hinabglitt. „Globen sind bekanntermaßen auf der Erde und auf dem Jupiter aktiv“, sagte Andrews-Hanna. Ob das auf dem kalten Mars möglich ist, haben er und seine Kollegen nun systematisch untersucht. Sie analysierten Daten zu Topografie, Gravitationsanomalien und Geologie der Region Elysium Planitia und entwickelten geologische Modelle.

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Wie Broquet und Andrews-Hanna berichteten, gibt es Hinweise auf eine starke Hebung in dem Gebiet, was die Wirkung der Wolke unterstützt: Die Oberfläche wurde um mehr als anderthalb Kilometer geschoben. Die Analyse subtiler Variationen im Gravitationsfeld weist darauf hin, dass diese Anhebung auf etwas auf dem Planeten zurückzuführen ist. Auch die Ergebnisse weiterer Untersuchungen deuten auf einen relativ milden Prozess hin: Die Schicht der Einschlagskrater sei in dem Gebiet charakteristisch geneigt, berichten Forscher. Dies zeigt, dass etwas die Oberfläche gedrückt hat, nachdem sich die Einschlagstelle gebildet hatte.

Ein großer heißer “Pilz” kommt heraus

Die Wissenschaftler nutzten dann Modelle möglicher Prozesse, die sie mit komplexen geologischen Daten kombinierten, um genauer herauszufinden, was der Erdmantel dafür verursacht haben könnte. Sie berichteten, dass die Natur der Region durch die aktive Mantelwolke erklärt werden kann, die das Haupt des Einschlaggebiets von etwa 4000 km ist. “In Bezug auf das, was Sie von einem aktiven Mantel erwarten würden, erfüllen die Eigenschaften von Elysium planitia alle Kriterien”, sagte Broquet. Pilzförmige Strukturen können durch aufsteigendes Material aus der Tiefe entstehen, das 95 bis 285 Kelvin wärmer ist als seine Umgebung. Das Modell zeigt, dass die Mitte des Kopfes direkt unter dem Bereich von Cerberus fossae liegt.

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Dies erklärt die anhaltende geologische Aktivität am Standort, einschließlich der von InSight entdeckten Marsbeben, sagten die Forscher. „Wenn wir uns mit Sedimenten auf dem Mars befassen, bedeutet das einen Paradigmenwechsel in unserem Verständnis der geologischen Entwicklung der Erde“, sagte Broquet. Wie die Forscher betonen, sind die genauen Faktoren, die zur Bildung einer so großen Wolke führen können, jedoch noch unklar. „Es betrifft eine Fläche des Mars, die ungefähr so ​​groß ist wie die Vereinigten Staaten. Zukünftige Studien müssen Wege finden, um die viel größere Mantelwolke zu erklären, die dort nicht erwartet wird, sagte Broquet.

Die Ergebnisse könnten den Forschern zufolge auch für die Suche nach Lebenszeichen auf dem Mars wichtig sein. Denn die Wolke kann unterirdisch in der Region verborgenes Eis schmelzen und chemische Reaktionen in Gang setzen. „Bestimmte Arten von Mikroben können unter diesen Bedingungen auf der Erde existieren – und das könnte auch auf dem Mars der Fall sein“, sagte Andrews-Hanna. „Der aktive Mantel unter der Oberfläche des Mars wirft komplexe Fragen darüber auf, wie sich der Planet im Laufe der Zeit entwickelt hat“, sagten die Wissenschaftler.

Quelle: University of Arizona, Zeitschriftenartikel: Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-022-01836-3

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