Die Geschichte des Mars und die Möglichkeit, dass er Leben unterstützt hat, fasziniert Wissenschaftler seit langem. Der Schlüssel zum Verständnis dieser Geschichte liegt in der Aufdeckung der klimatischen Bedingungen, die auf dem Mars herrschten: War der Mars warm und feucht mit Ozeanen und Flüssen oder kalt und eisig, was eine geringere Wahrscheinlichkeit für die Unterstützung von Leben bedeuten würde? Eine kürzlich durchgeführte Studie liefert Beweise, die die Idee eines kälteren und eisigeren Mars unterstützen, indem sie Böden vom Mars mit denen aus Neufundland in Kanada vergleicht, das für sein kaltes subarktisches Klima bekannt ist.

Diese Studie, die am 7. Juli im Journal Communications Earth and Environment veröffentlicht wurde, suchte nach Böden auf der Erde, die denen im Gale-Krater auf dem Mars ähneln. Böden sind wichtig für die Rekonstruktion der Umweltgeschichte, da die darin enthaltenen Mineralien die Entwicklung von Landschaften im Laufe der Zeit aufzeigen können. Das Verständnis, wie sich diese Materialien gebildet haben, kann helfen, langjährige Fragen zu den historischen Bedingungen auf dem Mars zu beantworten. Böden und Gesteine im Gale-Krater zeichnen die klimatischen Bedingungen des Mars vor 3 bis 4 Milliarden Jahren auf, eine Zeit, in der es auf dem Planeten relativ viel Wasser gab und auf der Erde Leben entstand.

Der Gale-Krater als Paläosee
Anthony Feldman, Pedologe und Geomorphologe vom DRI, erklärt: "Der Gale-Krater war einst ein See mit Wasser. Aber wie waren die Umweltbedingungen damals?" Feldman betont, dass auf der Erde kein direkter Analogon zur Marsoberfläche gefunden werden kann, da die Bedingungen unterschiedlich sind. Durch die Analyse von Trends auf der Erde kann jedoch versucht werden, die Bedingungen auf dem Mars zu verstehen.

Der NASA-Rover Curiosity erforscht den Gale-Krater seit 2011 und hat viele Materialien im Boden gefunden, die als "röntgenamorphe Materialien" bekannt sind. Diese Materialien haben nicht die typische atomare Struktur, die Mineralien definiert, sodass sie nicht leicht mit traditionellen Techniken wie der Röntgendiffraktion charakterisiert werden können. Wenn Röntgenstrahlen auf kristalline Materialien gerichtet werden, streuen sie sich in charakteristischen Winkeln basierend auf der inneren Struktur des Minerals. Röntgenamorphe Materialien erzeugen jedoch nicht diese charakteristischen Muster. Die Röntgendiffraktionsmethode, die vom Curiosity-Rover verwendet wurde, hat gezeigt, dass amorphe Materialien zwischen 15 und 73% der untersuchten Boden- und Gesteinsproben im Gale-Krater ausmachen.

Feldman beschreibt amorphe Materialien als "Gelee", in dem sich Elemente und Chemikalien frei nebeneinander bewegen. Der Curiosity-Rover hat auch chemische Analysen von Boden- und Gesteinsproben durchgeführt, die zeigen, dass das amorphe Material reich an Eisen und Silizium, aber arm an Aluminium ist. Wissenschaftler verstehen immer noch nicht genau, was amorphe Materialien sind oder was ihre Präsenz für die historischen Bedingungen auf dem Mars bedeutet. Das Auffinden weiterer Informationen darüber, wie sich diese Materialien auf der Erde bilden und erhalten, könnte helfen, diese Fragen zu klären.

Feldman und seine Kollegen untersuchten drei Standorte auf der Suche nach ähnlichem röntgenamorphem Material: die Tablelands im Gros Morne National Park in Neufundland, die Klamath Mountains in Nordkalifornien und den Westen Nevadas. Diese Standorte haben Serpentinböden, die chemisch denen im Gale-Krater ähneln: reich an Eisen und Silizium, aber arm an Aluminium. Die drei Standorte boten unterschiedliche Niederschlagsmengen, Schnee und Temperaturen, was half, die Umweltbedingungen zu verstehen, die amorphe Materialien erzeugen und deren Erhaltung ermöglichen.

An jedem Standort verwendete das Forschungsteam Röntgendiffraktionsanalysen und Transmissionselektronenmikroskopie, um die Bodenmaterialien genauer zu untersuchen. Subarktische Bedingungen in Neufundland produzierten Materialien, die chemisch denen im Gale-Krater ähneln und keine kristalline Struktur aufweisen. Böden in wärmeren Klimazonen wie Kalifornien und Nevada zeigten solche Ergebnisse nicht.

"Das zeigt, dass Wasser notwendig ist, um diese Materialien zu bilden", sagt Feldman. "Aber kalte, fast gefrorene Jahresbedingungen sind erforderlich, um amorphes Material im Boden zu erhalten."

Amorphe Materialien gelten oft als relativ instabil, da die Atome noch nicht in ihre endgültigen kristallinen Formen organisiert sind. "Es gibt etwas in der Kinetik – der Reaktionsgeschwindigkeit – das die Organisation der Atome verlangsamt und die Erhaltung dieser Materialien über geologische Zeiträume ermöglicht", sagt Feldman. "Sehr kalte, fast gefrorene Bedingungen sind einer der Faktoren, die die Bildung und Erhaltung dieser Materialien ermöglichen."

Die Studie verbessert das Verständnis des Marsklimas. Die Ergebnisse legen nahe, dass die Fülle dieses Materials im Gale-Krater mit subarktischen Bedingungen ähnlich denen in Island übereinstimmt. Feldman und sein Team planen weitere Forschungen, um die Bedingungen, die die Erhaltung dieser Materialien auf dem Mars ermöglichten, genauer zu bestimmen.

Laut einer in der Zeitschrift Nature Communications veröffentlichten Forschung wurde festgestellt, dass der Mars saisonale Veränderungen aufweist, die Klima- und Oberflächenbedingungen beeinflussen. Dazu gehören Temperatur- und Druckänderungen, die die Erhaltung amorpher Materialien beeinflussen können. Ein Wissenschaftlerteam analysiert Daten des Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), um diese Veränderungen besser zu verstehen. Diese Daten helfen, vorherzusagen, wo andere wichtige Bodenproben auf dem Mars gefunden werden könnten, was zukünftigen Marsforschungsmissionen zugutekommen könnte.

Zusätzliche Forschung
Wissenschaftler haben auch Daten analysiert, die von der InSight-Sonde gesammelt wurden, die das Innere des Mars untersucht. Diese Daten ermöglichen ein besseres Verständnis seismischer Aktivitäten, die die Oberflächenbedingungen beeinflussen. Die Ergebnisse zeigen, dass der Mars aktive tektonische Platten hat, die die Bildung und Erhaltung amorpher Materialien beeinflussen. Eine im Jahr 2023 in Science Advances veröffentlichte Studie weist darauf hin, dass bestimmte Regionen des Mars geologisch aktiv sind, was die Theorie der Erhaltung amorpher Materialien unter kalten Bedingungen weiter unterstützt.

Diese Ergebnisse verbessern nicht nur das Verständnis der Vergangenheit des Mars, sondern helfen auch bei der Planung zukünftiger Missionen. NASA und ESA planen neue Missionen, die sich auf die Sammlung von Bodenproben und deren Rückführung zur Erde konzentrieren. Diese Proben könnten wichtige Informationen über die chemische Zusammensetzung des Marsbodens und die historischen klimatischen Bedingungen liefern.

Forscher am MIT arbeiten an der Entwicklung neuer Technologien zur Analyse von Bodenproben auf dem Mars. Ihr Ziel ist es, tragbare Labore zu entwickeln, die Proben in Echtzeit auf dem Mars analysieren können, ohne sie zur Erde zurückbringen zu müssen. Diese Labore werden fortschrittliche Techniken wie Massenspektrometrie und Röntgenfluoreszenz verwenden, um detaillierte Analysen der chemischen Zusammensetzung des Marsbodens bereitzustellen.

Die Ergebnisse dieser Untersuchungen könnten erheblichen Einfluss auf unsere Fähigkeit haben, die Geschichte des Mars und sein Potenzial zur Unterstützung von Leben zu verstehen. Während Wissenschaftler weiterhin den Mars erforschen, bringt uns jede neue Entdeckung der Antwort auf die Frage näher, ob der Mars jemals Leben unterstützt hat und welche Bedingungen in der Vergangenheit auf dem Planeten herrschten.

Quelle: Desert Research Institute