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Fahrt durch
die feuchte Marsvergangenheit
Redaktion
astronews.com
13. Dezember 2004
Immer wieder
war in den letzten Monaten zu lesen, dass die beiden NASA-Marsrover Spirit
und Opportunity eindeutige Hinweise auf Wasser gefunden haben, das in der
Vergangenheit einmal auf der Marsoberfläche vorhanden war. Doch wie kamen die
Forscher zu dieser Erkenntnis? Eine entscheidende Rolle spielte die "Mainzer
Spürnase" der Rover.
Helles, anstehendes Gestein im Eagle-Krater, aufgenommen mit der
Mikroskopkamera. Man erkennt die Lagigkeit des Steins und eine
durch Verwitterung freigelegte Halbkugel (vermutlich eine "Blueberry"). Foto: NASA / JPL |
Opportunity findet Beweis für "Mars-Fluten" – so lauteten schon im
Frühjahr die Schlagzeilen zu den ersten Resultaten der diesjährigen
NASA-Marsmission. Die detaillierten Ergebnisse der ersten 90 Tage des Rovers im
Landegebiet Meridiani Planum sind unlängst in der Fachzeitschrift Science
veröffentlicht worden (astronews.com berichtete). Die Funde der ersten
Wochen lieferten deutliche Hinweise auf die feuchte Vergangenheit des heutigen
Wüstenplaneten.
Eine Schlüsselrolle bei den Entdeckungen spielte das
Alpha-Röntgen-Spektrometer (APXS), das in der Abteilung Kosmochemie des
Max-Planck-Instituts für Chemie entwickelt und gebaut wurde und die chemische
Zusammensetzung von Staub und Steinen auf dem Mars misst. Das Spektrometer ist
auf einem beweglichen Instrumentenarm des Rovers angebracht und kann somit exakt
an den vorher ausgewählten Böden oder Steinen positioniert werden.
Heftige, periodisch auftretende Staubstürme sorgen auf dem Mars für weite
Transportwege und eine gute Durchmischung der Stäube. Alle Oberflächen, Steine
und Böden sind von einer Staubschicht bedeckt. Auch die erste Staubmessung des
APXS nach der Landung im Krater Eagle – einem kleinen Einschlagkrater von etwa
20 Metern Durchmesser – zeigte keinen großen Unterschied in der chemischen
Zusammensetzung im Vergleich zu Messungen des Zwillingsbruders Spirit im
Gusev-Krater auf der gegenüberliegenden Äquatorseite.
Auffällig waren aber die
erhöhten Gehalte an Eisen, Mangan und Nickel. Die nächste Bodenmessung mit einem
sehr hohen Eisengehalt von 20 Gewichtsprozent lieferte schon die Erklärung für
die leichte Anreicherung im ersten Staub. Es handelt sich hier um einen Staub
reich an dem Eisenoxid-Mineral Hämatit, was auch die Messungen mit dem
Mößbauer-Spektrometer bestätigen. Das Mößbauer-Spektrometer, entwickelt an der
Mainzer Johannes Gutenberg-Universität, liefert quantitative Informationen über
die Mineralogie und den Oxidationszustand von eisenhaltigen Phasen. Die
Landestelle ist bedeckt mit kugelförmigen Körnchen, die den Spitznamen "Blueberries",
also Heidelbeeren, bekamen.
Diese Blueberries haben den höchsten Eisengehalt und
bestehen zum größten Teil aus Hämatit, in dem das Eisen in seiner höchsten,
dreiwertigen Oxidationsstufe vorliegt. Hämatit entsteht nur in einer
oxidierenden und wasserreichen Umgebung. Der Rover Opportunity hatte also
seine erste Aufgabe, nämlich den Hämatit aufzuspüren, den man nach Beobachtungen
aus dem Orbit vermutete, schon kurz nach seiner Landung erfüllt.
Einen noch eindrucksvolleren Beweis, dass in früheren Zeiten in diesem Gebiet
Wasser vorhanden gewesen sein muss, lieferten die Messungen an den aus dem Boden
30 bis 50 Zentimeter herausragenden hellen Gesteinsformationen im Eagle-Krater
(unser Bild). Das APXS ermittelte hier einen vierfach höheren Schwefelgehalt im
Vergleich zum staubbedeckten Boden. Der Chlorgehalt, der in allen Staubmessungen
mit dem Schwefel korrespondiert, war in dem Gestein nicht erhöht.
Nachdem die
Steine mit einem Schleifwerkzeug bis zu 5 Millimeter tief abgeschliffen wurden,
fand man Schwefelkonzentrationen bis zu 9,9 Gewichtsprozent, die höchsten, die
je auf dem Mars gemessen wurden. Solche Konzentrationen lassen sich nur durch
einen ungewöhnlich hohen Sulfatanteil der Gesteine erklären. Das
Mößbauer-Spektrometer konnte auch Jarosit, ein hydratisiertes
Kalium-Eisensulfat, nachweisen. Die gemessene Menge an Jarosit reicht aber nicht
aus, um den hohen Schwefelgehalt der Gesteine zu erklären. Der Hauptträger des
Schwefels müssen Magnesiumsulfate sein, wie man sie auf der Erde in
Salzlagerstätten findet.
Überraschend war auch der Fund von Brom an manchen Stellen der
Gesteinsformationen mit Konzentrationen von 110 bis 440 Mikrogramm Brom pro
Gramm Gestein und seine hohe Anreicherung im Verhältnis zu Chlor. Bei fast
nebeneinander liegenden Messstellen wurde einmal ein hoher Bromgehalt und 20
Zentimeter weiter ein sehr niedriger Gehalt festgestellt.
Die Staubproben
enthalten im Gegensatz nur 20 bis 30 Mikrogramm Brom pro Gramm Staub mit einem
Chlor/Brom-Verhältnis wie man es in CI-Chondriten – dem Ursprungsmaterial
unseres Sonnensystems –, im Meerwasser und in vielen Marsmeteoriten findet.
Hingegen ergaben Messungen in einem mit den Roverrädern ausgehobenen Graben an
der hämatitreichen Bodenstelle auch erhöhte Werte von 160 bis 190 Mikrogramm
Brom pro Gramm Staub und eine Anreicherung im Verhältnis zu Chlor. Auf der Erde
ist eine solch hohe Anreicherung von Brom relativ zu Chlor nur in Salzen des
Toten Meeres zu finden.
In ihrer chemischen Zusammensetzung unterscheiden sich die hellen
Gesteinsformationen von den dunklen Bodenproben hauptsächlich in ihrem extrem
hohen Gehalt an Sulfat, das heißt, in ihrem hohen Salzgehalt. Dieser hohe
Salzgehalt ist ein sicherer Hinweis, dass die ausgesuchte Landestelle in der
Ebene Meridiani in früherer Zeit einmal mit Wasser bedeckt gewesen war, das zu
den Ablagerungen der sulfathaltigen Sedimentgesteine mit beigetragen haben muss.
Die gemessene chemische Zusammensetzung dieser Ablagerungen lässt folgenden
Bildungsprozess zu: Wasser mit darin gelösten vulkanischen Gasen wie Chlor und
Schwefeloxid ist sehr aggressiv und kann aus den Stäuben das Mineral Olivin,
Phosphate und teilweise auch Feldspäte lösen unter Bildung von magnesium- und eisensulfathaltigen Solen und Quarz. Durch langsames Verdunsten der Salzlaken
werden die Salze entsprechend ihrer Löslichkeit ausgefällt.
Die Evaporate,
vermischt mit angewehtem Staub, verfestigen sich mit der Zeit zu
Sedimentgesteinen. Der unterschiedliche Gehalt von Sulfaten und Chloriden in den
untersuchten Gesteinen, im Vergleich zum Staub, ist mit ihrer unterschiedlichen
Löslichkeit zu erklären. Die Chloride und vor allem die Bromide sind sehr leicht
löslich und somit mobiler als die Sulfate.
Dieses Szenario eines
Sedimentationsprozesses, wobei immer wieder angewehter Staub während der
Sedimentation akkumuliert wird, muss über einen größeren Zeitraum mehrmals
abgelaufen sein. Die entstandenen Schichten von sulfathaltigen Sedimentgesteinen
sind im Verhältnis zum Staub in jenen Elementen angereichert, die durch flüssige
Phasen wie Wasser oder Salzlaken mobilisiert werden können.
Nachdem der Rover nach knapp 60 Marstagen den Eagle-Krater verlassen hatte,
begegnete er auf der Sandebene einem Stein, der sich in seinem Erscheinungsbild
von der Umgebung abhob. Er wurde "Bounce Rock" genannt, weil in seiner Nähe der
Aufprall (bounce) der Landungsairbags erkennbar ist. Zum Unterschied von den
bisher analysierten Proben ist dies ein vulkanischer Stein.
Er hat eine
chemische und mineralogische Zusammensetzung, die typisch ist für manche der auf
der Erde gefundenen "Marsmeteorite". Eine solche Ähnlichkeit wurde bisher auf
dem Mars noch nie angetroffen. Da "Bounce Rock" so einzigartig in seiner
Umgebung ist, nimmt man an, dass er durch einen Einschlag aus einem relativ
frischen Einschlagkrater 75 Kilometer südwestlich vom Eagle-Krater
herausgeschleudert wurde.
Das APXS, liebevoll Mainzer "Spürnase" genannt, hat also in den
Gesteinsformationen der Krater Eagle und Fram eine chemische Zusammensetzung
gemessen, die nur mit einer wasserreichen Vergangenheit in Einklang zu bringen
ist. Die Entdeckung des Steines "Bounce Rock" bringt den eindeutigen Beweis,
dass die "Marsmeteorite" tatsächlich vom Mars stammen.
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