Schrägansicht einer Geländekante, dreier Grabenbrüche und eines Hangrutsches
Die aus HRSC-Stereobilddaten abgeleiteten digitalen Geländemodelle ermöglichen die Berechnung von perspektivischen Ansichten der Marslandschaft. Damit lassen sich geologische Phänomene und Prozesse oft sehr viel besser als in einer Draufsicht visuell erfassen. In diesem Bild ist der Blick wie aus einem Flugzeug von schräg oben auf eine etwa 2000 Meter hohe Geländekante gerichtet, die fast senkrecht von drei Bruchstrukturen geschnitten wird: von zwei sehr markanten Grabenbrüchen in der rechten Bildhälfte, sowie einem kleineren, subtileren und nicht über die Tiefe des gesamten Bildes verfolgbaren Bruchs links davon. Dieser kleinere Graben ist zudem stellenweise von einem gewaltigen Fächer aus Gesteinsschutt bedeckt, der von einer auffallenden Abbruchkante ausgeht, an der sich eine massive Hangrutschung ereignete. Der mittlere der drei Gräben zeigt zudem eine auffallende, furchenförmige Vertiefung - vermutlich ist hier der Boden des Grabens in darunter entstandene Hohlräume nachgesackt.
Die in etwa parallel verlaufenden Bruchlinien der Sirenum Fossae zeigen deutlich an, in welche Richtung die Spannungen in der Marskruste ihre Wirkung entfalteten - Geophysiker sprechen hier von "tektonischem Stress". Norden ist rechts im Bild und die Grabenbrüche verlaufen von Nordosten nach Südwesten. Die Kräfte, welche die Kruste gedehnt und schließlich zu ihrem Aufbrechen geführt haben, wirkten senkrecht dazu, also in Richtung Südosten bzw. in Richtung Nordwesten. Dabei wurde das bestehende, drei bis vier Milliarden Jahre alte Hochland regelrecht "zerschnitten". Im Bild sind auch gut die Ergebnisse jüngerer geologischer Prozesse zu sehen: Beispielsweise haben Einschläge von Asteroiden Krater mit kaum verwitterten Rändern hinterlassen, gewaltige Hangrutschungen ereigneten sich entlang der 2000 Meter hohen Geländekante im oberen Bilddrittel und formten zungenförmige Ablagerungen und kleine Rinnen wurden möglicherweise durch fließendes Wasser in die Hänge erodiert.
Anaglyphenbild von den Grabenbrüchen Sirenum Fossae
Aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal des vom DLR betriebenen Kamerasystems HRSC auf der Sonde Mars Express und einem der vier schrägblickenden Stereokanälen lassen sich sogenannte Anaglyphenbilder erzeugen. Sie ermöglichen bei der Verwendung einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen realistischen, dreidimensionalen Blick auf die Landschaft. Norden liegt rechts im Bild.
Der Blick durch die Anaglyphenbrille macht sehr gut die topographischen Verhältnisse in der Region sichtbar. In Nord-Süd-Richtung erstreckt sich eine etwa 2000 Meter hohe Geländekante quer durch das Bild. Sie wird von mehreren nahezu parallel verlaufenden Grabenbrüchen geschnitten. Zwischen je zwei zueinander gehörenden Bruchlinien ist die bestehende Oberfläche um mehrere hundert Meter in den Untergrund abgesackt. Sehr plastisch treten bei der Betrachtung mit 3D-Brille auch einige junge Krater mit auffallend scharfen Rändern hervor, was ihr junges Alter belegt, sowie Hangrutschungen und kleine Furchen entlang der Geländekante, die ebenfalls durch Erosion entstanden sind, möglicherweise sogar durch den Abfluss von Wasser.
Die Gräben Sirenum Fossae sind durch Tektonik entstanden und verlaufen über tausende von Kilometern über die Marsoberfläche.
Ihre Entstehung hängt wahrscheinlich mit magmatischer Aktivität zusammen.
Solche Strukturen kommen in vulkanischen Riftzonen auf der Erde sehr häufig vor, zum Beispiel in Island.
Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung
Diese Bilder der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen, hochauflösenden Stereokamera HRSC (High Resolution Stereo Camera) an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express zeigen eine Region auf dem Mars, die stark vom Vulkanismus geprägt wurde. Spuren davon sind beispielsweise die auffälligen, parallel verlaufenden Gräben, die das Gebiet durchziehen - die Sirenum Fossae.
Die Sirenum Fossae sind Gräben, die durch Tektonik, also durch Spannungen und dadurch ausgelöste Bewegungen in der Marskruste, entstanden sind. Sie sind bis zu neun Kilometer breit, zwischen mehrere hundert und bis zu eineinhalb Kilometer tief und verlaufen über tausende von Kilometern über die Marsoberfläche. Durch die Dehnung der starren Marskruste kommt es zu geradlinigen Brüchen und dem Absinken von schweren Krustenblöcken zwischen zwei Brüchen in den plastischen Untergrund.
Es wird gemeinhin angenommen, dass Ansammlungen solcher Gräben auf dem Mars in Verbindung mit magmatischer Aktivität stehen, wie zum Beispiel mit vulkanischen Gängen, auch Dikes genannt. Diese Gänge entstehen, wenn Magma entlang von Klüften in andere Gesteinsschichten eindringt und sich nach oben ausbreitet. Wenn diese Gänge die Oberfläche erreichen, kommt es entlang dieser Klüfte und Spalten zu Vulkanausbrüchen und die Lava tritt aus. Bleiben sie jedoch unterhalb der Oberfläche "stecken", drücken sie von unten gegen die Oberfläche - die Stärke ist dabei abhängig vom Volumen der angestauten Masse - was wiederum zu Spannungen führt und die Oberfläche aufreißen lässt.
Große Ansammlungen solcher Dikes, sogenannte Gangschwärme, sind in vulkanischen Riftzonen (große, regionale Dehnungszonen) auf der Erde sehr verbreitet, zum Beispiel in Island, wo man sie zusammen mit Oberflächenbrüchen und Gräben im Vulkangebiet Krafla beobachten kann.
Die Tharsis-Vulkanprovinz - Ursache für die Gräben?
Es ist noch nicht klar, ob die Sirenum Fossae lokale oder regionale magmatische Ereignisse widerspiegeln. Im letzteren Fall gehörten sie zu einem riesigen, radial verlaufenden System von Dikes, dessen Zentrum weiter östlich in der Tharsis-Region liegt. Tharsis ist das größte Vulkangebiet auf dem Mars. Es hat die Größe Europas und erhebt sich wie ein Schild mehr als vier Kilometer über die Marsoberfläche. Hier befinden sich auch einige der größten Vulkane des Sonnensystems: Dazu gehören der Olympus Mons (22 Kilometer Höhe über dem Referenzniveau des Mars) oder die drei Tharsis-Vulkane Ascraeus (15 Kilometer), Pavonis (8 Kilometer) und Arsia Mons (11 Kilometer).
Die Sirenum Fossae würden zu einem radialen Bruchmuster um den Vulkan Arsia Mons passen, der sich ungefähr 1800 Kilometer nordöstlich der Region befindet, die auf diesen Bildern zu sehen ist. Die Störungen ziehen sich durch das gesamte abgebildete Gebiet über alle Geländeformen. Das zeigt, dass die Störungen jünger sind als der Bergrücken in der unteren (östlichen) Bildhälfte, aber auch jünger als die Ebenen in der oberen (westlichen) Bildhälfte. Einige wenige Einschlagskrater in den Gräben sind jedoch später entstanden und können, sofern sie in statistisch ausreichender Zahl im weiteren Verlauf des Grabens auftreten, zur Bestimmung des Alters der tektonischen Struktur hergenommen werden.
Bildverarbeitung
Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 5. März 2017 während Orbit 16.688 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt 14 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 215 Grad östlicher Länge und 28 Grad südlicher Breite. Die Farbaufsicht (Bild 2) wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt, die perspektivische Schrägansicht (Bild 1) wurde aus den Stereokanälen der HRSC berechnet. Das Anaglyphenbild (Bild 5), das bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die in Regenbogenfarben kodierte Aufsicht (Bild 4) beruht auf einem digitalen Geländemodell (DTM) der Region, von dem sich die Topographie der Landschaft ableiten lässt. Der Referenzkörper für das HRSC-DTM ist eine Äquipotentialfläche des Mars (Areoid). Die systematische Prozessierung der Kameradaten erfolgte am DLR-Institut für Planetenforschung. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten daraus die hier gezeigten Bildprodukte.
Das HRSC-Experiment auf Mars Express
Die High Resolution Stereo Camera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 50 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.
