Junger Vulkanismus und hydrothermale Minerale auf dem Mars
12. Juli 2017
Junger Vulkanismus und hydrothermale Minerale auf dem Mars
Junge Vulkane auf dem Grund von Coprates Chasma auf dem Mars
In einer Untersuchung der Schlucht Coprates Chasma im Osten des großen Grabenbruchs der Valles Marineris auf dem Mars konnten Wissenschaftler an einer der tiefsten Stellen des Tals eine große Anzahl Vulkankegel und erstarrter Lavaströme entdecken. Ihr Befund basiert auf der Auswertung von hoch aufgelösten Bildern der NASA-Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), auf denen diese Tuff- und Aschekegel zu sehen sind. Die bis zu 400 Meter hohen Kegel wurden früher als Schlammvulkane interpretiert. Die Wissenschaftler beobachteten in ihrer Studie, an der auch DLR-Marsgeologe Ernst Hauber beteiligt ist, morphologische Details wie das Aufwölben erstarrter Lava durch die Injektion jüngerer Lava unter der erkalteten Kruste oder charakteristische Oberflächenmuster, die denen von Lavafeldern auf der Erde gleichen. Das sind eindeutige Hinweise auf magmatischen Gesteinsvulkanismus.
Aschekegel sind die auf den Kontinenten der Erde am weitesten verbreitete Vulkanart. Sie bilden steile, konisch zur Spitze zulaufende Kegel aus kleinen vulkanischen Aschepartikeln, die bei den Vulkanausbrüchen aus dem Förderzentrum - dem Schlot des Vulkans - ausgeworfen werden. Die glühend heißen Gesteinsfragmente kühlen rasch ab und bilden dann zumeist vulkanische Gläser und Tuffgesteine mit einem hohen Anteil von darin eingeschlossenen Gasblasen. Aschekegel erreichen meist nur eine Höhe von wenigen hundert Metern. Das Bild zeigt den Vulkankegel Pu`u ka Pele an der Südostflanke des über 4000 Meter hohen Schildvulkans Mauna Kea auf Hawaii.
Die Valles Marineris im Osten der Vulkanprovinz Tharsis
Das Talsystem der Valles Marineris ist eine der auffälligsten geologischen Strukturen auf dem Mars. Der durch tektonische Störungen aufgebrochene Grabenbruch erstreckt sich über eine Länge von fast 4000 Kilometern entlang des Äquators durch das Marshochland. Im Westen hat das Talsystem seinen Anfang am Rand der Tharsis-Vulkanprovinz, einer bis zu fünf Kilometer hohen Aufwölbung der Marskruste, die unter großer Dehnungsspannung stand und im Laufe der Aufwölbung aufbrach. Der östliche Ausläufer der Valles Marineris wird als Coprates Chasma bezeichnet und öffnet sich in Richtung der großen Ausflusstäler, die einst große Mengen Wasser in die nördlichen Tiefebenen abfließen ließ. In dieser topographischen Karte sind hoch gelegene Landschaften in rot dargestellt, gelb und grün zeigen mittlere Lagen an und blau eingefärbt sind die am tiefsten gelegenen Gebiete.
DLR-Planetenforscher entdeckt in Kooperation mit internationalen Wissenschaftlern Vulkanismus im Inneren der Valles Marineris auf dem Mars.
Die Studie geht davon aus, dass die Vulkankegel nur etwa 200 bis 400 Millionen Jahre jung sind.
Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung, Mars
Eine der auffallendsten Landschaftsformen auf dem Mars ist der riesige Schildvulkan Olympus Mons, der sich bis zu 26 Kilometer über die ihn umgebenden Ebenen erhebt. Er ist Bestandteil der Tharsis-Aufwölbung, einer Vulkanprovinz, die so groß wie ganz Europa ist. Vulkanismus ist ein weit verbreitetes Phänomen auf dem Mars. Am Ostrand von Tharsis nimmt eine zweite geologische Struktur mit gewaltigen Dimensionen ihren Ausgang: Das Talsystem der Valles Marineris, das sich fast 4000 Kilometer entlang des Äquators erstreckt und dessen tektonische Grabenbrüche bis zu zehn Kilometer tief sind. Seit Jahrzehnten rätseln die Wissenschaftler, ob Vulkanismus auch im Inneren der Valles Marineris tätig war. Nun haben vier Wissenschaftler, darunter Ernst Hauber vom DLR-Institut für Planetenforschung, ein Gebiet mit 130 kleinen Vulkanen auf dem Grund der Valles Marineris entdeckt.
In ihrer Studie, die in der Publikation"Earth and Planetary Science Letters" erschien, zeigen die Marsforscher um Petr Brož von der Tschechischen Akademie der Wissenschaften, dass in der Schlucht Coprates Chasma, einer der tiefsten Stellen der Valles Marineris, eine große Anzahl Vulkankegel und erstarrter Lavaströme existiert. Ihr Befund basiert auf der Auswertung von hoch aufgelösten Bildern der NASA-Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter (MRO), auf denen die Tuff- und Aschekegel zu sehen sind. Diese Art von Vulkanen sind auch auf den Kontinenten der Erde die häufigsten Förderzentren von Lava. Allerdings waren sich die Autoren der Studie bei ihrer Interpretation der Natur der Vulkane zunächst nicht ganz sicher. Petr Brož, der Erstautor der Studie, sagt dazu: "Die bis zu 400 Meter hohen Kegel wurden auch schon als Schlammvulkane interpretiert. Wir beobachten aber morphologische Details wie das Aufwölben erstarrter Lava durch die Injektion jüngerer Lava unter der erkalteten Kruste oder charakteristische Oberflächenmuster, die denen von Lavafeldern auf der Erde gleichen. Das bestärkt uns in der Annahme, dass es sich hier in der Tat um magmatischen Gesteinsvulkanismus handelt, und nicht um flüssigen Schlamm."
"Auch die räumliche Verteilung der Kegel deutet darauf hin, dass sie vulkanischen Ursprungs sind", ergänzt DLR-Planetengeologe Ernst Hauber. "Sie scheinen gehäuft entlang tektonischer Bruchstrukturen aufzutreten, die an der Oberfläche den Grabenbruch haben entstehen lassen, und deren Bruchflächen sich im Untergrund fortsetzen und dort für das Magma Aufstiegswege schaffen." Vor allem aber die Ähnlichkeit der Form dieser Kegelberge in Coprates Chasma mit Vulkankegeln an anderer Stelle auf dem Mars, wo kein Schlammvulkanismus möglich ist, aber auch auf der Erde ist für die Autoren ein starkes Argument dafür, dass es sich um echte Vulkane handelt.
Vulkankegel im jugendlichen Alter
Neben der Entdeckung der Vulkane im Talgrund des östlichen Teils der Valles Marineris ist deren junges Alter die zweite Überraschung dieser Untersuchung. "Geologisch betrachtet sind die Vulkankegel noch sehr jung, gerade einmal 200 bis 400 Millionen Jahre alt", erklärt Gregory Michael von der Freien Universität Berlin, einer der vier Autoren der Studie. Mit der ursprünglichen Entstehung der Valles Marineris haben die Vulkane in Coprates Chasma demnach nichts zu tun, da sie viel jünger sind. Die Wissenschaftler können anhand der Häufigkeit von Einschlagskratern in den umliegenden Ebenen das maximale Alter von geologischen Einheiten bestimmen. Die Methode beruht auf der Tatsache, dass sich umso mehr Krater auf einer Fläche anhäufen, je länger sie dem Bombardement von Asteroiden und Meteoriten ausgesetzt ist. Sieht man fast keine Krater, so spricht dies für ein geologisch sehr junges Alter.
Die Hauptphase vulkanischer Aktivität auf dem Mars spielte sich aber bereits in der Frühphase des Planeten vor etwa 3,5 Milliarden Jahren ab. Zwar gab es auf Aufnahmen der DLR-Stereokamera HRSC auf Mars Express immer wieder auch Hinweise auf Vulkanismus auf dem Mars, der jünger als eine halbe Milliarde Jahre alt ist, doch ist dieser Vulkanismus eher die Ausnahme und ereignete sich in der Regel in einer der bekannten vulkanischen Provinzen. Die Entdeckung von jungem Vulkanismus aus dem Marszeitalter der Amazoniums im Südosten der Valles Marineris, in Coprates Chasma, also mehrere Tausend Kilometer von der Mitte der Vulkanprovinz Tharsis entfernt, zeigt nun, dass Vulkane auch weit entfernt von den großen vulkanischen Zentren Tharsis oder Elysium spät in der Marsgeschichte entstehen konnten.
Eine potentielle Fundstätte für fossiles Leben
Um mehr über die Zusammensetzung der Laven und der Vulkankegel herauszubekommen, untersuchten die vier Wissenschaftler das Gebiet Coprates Chasma zusätzlich mit dem abbildenden Spektrometer CRISM (Compact Reconnaissance Imaging Spectrometer for Mars) auf der Marssonde MRO. Dabei stießen sie auf Minerale mit hohem Siliziumanteil, an einem der Kegel sogar auf opalartige Substanzen - Opale sind amorphe, wasserhaltige Silikatminerale, die keine Kristallstruktur ausgebildet haben. Eine solche mineralogische Zusammensetzung kann durch sogenannte hydrothermale Prozesse entstehen, wenn also Minerale aus übersättigten heißen Lösungen ausfallen und mineralisieren. Das macht Coprates Chasma auch für astrobiologische Untersuchungen interessant, denn auf der Erde finden in einer solchen warmen, Energie spendenden und mineralreichen Umgebung Mikroorganismen eine ideale Umgebung vor.
Diese Beobachtung lässt das Vulkanfeld von Coprates Chamsa auch für eine zukünftige Untersuchung hinsichtlich der Frage interessant erscheinen, ob auf dem Mars in solchen warmen, wässrigen Umgebungen Leben entstanden sein könnte. Von der Erde weiß man, dass in opalinen Mineralgemeinschaften potentielle Spuren früheren Lebens gut erhalten werden. Deshalb könnten diese Opale auch auf dem Mars eine potentielle Fundstätte für sogenannte Biosignaturen darstellen. "Coprates Chasma wäre nicht nur wegen der Frage nach einst vorhandenem Leben auf dem Mars interessant. Die Gegend wäre in vielerlei Hinsicht eine ausgezeichnete Landestelle für zukünftige Marsrover", sagt Ernst Hauber. "Hier könnten wir viele wissenschaftlich wichtige und interessante Dinge untersuchen. Durch die Analyse von Proben könnten wir über die Isotopenverhältnisse der Elemente die Zeit, in der die Vulkane tatsächlich aktiv waren, viel genauer bestimmen. An den hohen, steilen Abhängen ist die geologische Entwicklung der Valles Marineris wie in einem Geschichtsbuch aufgeschlagen: Wir sehen dort Schichten aus Gips und Lagen aus altem Krustengestein, und Hinweise darauf, dass hier flüssiges Wasser eventuell noch heute im Untergrund in der warmen Jahreszeit die Hänge hinabsickert. Viel mehr an Marsgeologie geht nicht!"
