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Wissenschaftlicher Hintergrund: Die Suche nach dem alten Mars-Klima und seiner Bewohnbarkeit
Die Erforschung der Klimaentwicklung auf dem Mars steht im Zentrum der Suche nach außerirdischem Leben und dem Verständnis der Entwicklung bewohnbarer Welten in unserem Sonnensystem. Obwohl der Rote Planet heute kalt und wüstenhaft ist, sein Großteil der Atmosphäre verloren ging und Wind und Staubstürme die Landschaft prägen, belegen Spuren von Flüssen, Seen und möglicherweise sogar Meeren eine einst wasserreiche Oberfläche. Seit Langem diskutieren Wissenschaftler, wie günstig das ursprüngliche Mars-Klima tatsächlich für stehendes Wasser war und wie lange bewohnbare Bedingungen Bestand hatten.
Mount Sharp und der Kohlenstoffkreislauf: Erkenntnisse durch den Curiosity Rover
Die NASA-Sonde Curiosity ist ein zentraler Baustein der modernen Marsforschung. Seit ihrem Start 2011 erforscht sie unermüdlich den Gale-Krater und bestieg dabei die Hänge des Mount Sharp, einem über fünf Kilometer hohen Stapel aus sedimentären Gesteinsschichten. Beim Studium dieser Marsgesteine entdeckte Curiosity Karbonat-Minerale – entstanden durch die Reaktion von Kohlendioxid (CO₂) mit Wasser und Gestein, ähnlich wie Kalkstein auf der Erde gebildet wird.
Diese Entdeckung war vielversprechend. Auf der Erde tragen Karbonatgesteine wesentlich zur Speicherung von atmosphärischem CO₂ über geologische Zeiträume bei und steuern so den Klimaregelungsmechanismus des globalen Kohlenstoffkreislaufs. Das Vorhandensein dieser Minerale auf dem Mars deutet darauf hin, dass CO₂ bereits vor Milliarden Jahren in Marsgestein gebunden wurde, wodurch weniger Treibhausgase in der Atmosphäre verblieben und die Erwärmung, die flüssiges Wasser ermöglicht hätte, schwächer ausfiel.
Dr. Benjamin Tutolo von der University of Calgary leitete eine Analyse dieser Funde und schloss daraus, dass auf dem frühen Mars zumindest ein Teilaspekt des Kohlenstoffkreislaufs existierte. Dies könnte das kurzzeitige Auftreten von flüssigem Wasser erklären. Diese Erkenntnisse bildeten die Grundlage für die neue Generation von Klimamodellen des Mars.
Entwicklung eines bahnbrechenden Mars-Klimamodells
Aufbauend auf Tutolos Ergebnissen entwickelte ein internationales Forscherteam unter Leitung von Dr. Edwin Kite, Planetenwissenschaftler an der University of Chicago und Teilnehmer der Curiosity-Mission, das erste umfassende Klimamodell für den Mars, das die neuesten geochemischen Daten integriert. Frühere Modelle hatten Schwächen: Sie betrachteten entweder den gesamten Zeitraum als einen Punkt, der lokale Details verliert, oder sie waren geografisch präzise, konnten aber nur kurze Zeitspannen darstellen.
Kites Modell setzt neue Maßstäbe und verfolgt die Entwicklung von Klima und Oberfläche des Mars mit hoher räumlicher Auflösung über 3,5 Milliarden Jahre. Es berücksichtigt nicht nur Atmosphärenchemie und Gesteinsaufzeichnungen, sondern auch Topografie, Umlaufbahnschwankungen und Änderungen der Sonnenstrahlung. Das Resultat ist der bisher detaillierteste Langzeitblick auf die Umwandlung des Mars von einer Erde-ähnlichen zu einer kalten Wüstenwelt.
Verschwundene Seen und die „Ära der Salze“
Den Forschungen zufolge begann die Mars-Geschichte wärmer und feuchter. Vor vier Milliarden Jahren konnten Oberflächentemperaturen ausgedehnte Seen-, Fluss- und Meeressysteme unterstützen – einige so groß wie das Kaspische Meer. Geologische Hinweise aus alten Deltas und Sedimentmustern stützen dieses Bild eines wasserreichen Planeten.
Allerdings war diese Phase habitabler Bedingungen geologisch betrachtet kurz. Während immer mehr CO₂ in Gestein gebunden wurde, die Sonne heller, aber die Atmosphäre dünner wurde, trat der Mars in die sogenannte „Ära der Salze“ ein: eine Zeit zunehmender Trockenheit. Gewaltige Schmelzereignisse hinterließen ausgedehnte Felder aus Salzen und Evaporiten, die die heute von Curiosity untersuchten Schichtfolgen bilden. Zwar hinterließen diese Prozesse chemische Wasser-Signaturen, tatsächlich frei verfügbares, flüssiges Wasser wurde jedoch selten – und wenn, dann nur kurzzeitig und lokal begrenzt.
Vorübergehende Oasen: Instabil und kaum lebensfreundlich
Vor etwa 3,5 Milliarden Jahren verschlechterten sich die klimatischen Bedingungen drastisch. Große Teile des Mars erlebten langanhaltende Dürreperioden bei Temperaturen und Trockenheit auf fast heutigem Niveau. Das Modell erwartet, dass der Mars nur noch vereinzelt Schmelzwasserseen, vergleichbar mit Oasen in einer Polwüste, hervorgebracht hat – diese waren jedoch kleinräumig und existierten im Schnitt nur einige Hunderttausend Jahre.
Dr. Kite erklärt: „Vielfach vergingen lange Phasen ganz ohne flüssiges Wasser. Kam es doch dazu, handelte es sich meist um schmelzende Schneefelder, aus denen flache, ephemere Seen entstanden. Solche ‘Oasen’ waren geologisch betrachtet kurzlebig und laut experimenteller Modellierung zu instabil, als dass sich Leben langfristig an der Oberfläche etablieren konnte.“
Herausforderungen für Mars-Leben: Überleben versus Entstehung
Die düsteren Prognosen haben weitreichende Konsequenzen für die Mars-Habitabilität und die Suche nach Biosignaturen – also den chemischen Hinweisen auf Leben. „Man könnte sich vorstellen, einen Becher irdischen Meerwassers in einen der kurzlebigen Mars-Seen zu schütten. Einige robuste Mikroben von der Erde könnten die Bedingungen möglicherweise kurzzeitig überleben. Viel schwieriger ist jedoch die Frage, ob sich in solch vorübergehenden Habitaten überhaupt Leben neu entwickeln oder bereits zuvor entstandenes Oberflächenleben überdauern konnte“, betont Kite.
Das Team zieht den Schluss, dass die Flut an harten, nur vorübergehend feuchten Phasen höchstwahrscheinlich die meisten Formen von Oberflächenleben ausgelöscht und auch primitive Ökosysteme verhindert hätte. Die modellierten Oasen blieben daher weitgehend unbewohnt – was für künftige Mars-Missionen den Fokus bei der Suche nach Spuren urzeitlichen Lebens neu ausrichtet.
Modell-Grenzen: Geologische und planetare Vielfalt
Trotz aller Fortschritte ist das neue Modell nicht frei von Unsicherheiten. Ein Großteil der Basisdaten stammt von nur einem Forschungsort: Mount Sharp im Gale-Krater, an dem Curiosity stationiert ist. Wie Dr. Kite einräumt: „Ist Mount Sharp im Vergleich zu anderen Mars-Regionen ungewöhnlich reich an Karbonaten, könnte unser Modell die globalen Verhältnisse nur eingeschränkt abbilden.“ Laufende und künftige Erkundungen – darunter Curiositys weiterer Aufstieg – könnten das Bild noch verändern oder erweitern.
Zudem konzentriert sich das Modell auf die Mars-Zeit nach Beginn der Salzübergänge und bietet noch keine Erklärung dafür, wie der Planet ursprünglich warm genug für seine ersten Flüsse und Meere wurde. Kite merkt an: „Wir müssen noch ein weiteres Treibhausgas oder einen anderen Erwärmungsmechanismus jenseits von CO₂ identifizieren, um das am stärksten bewohnbare Mars-Klima zu erklären. Das bleibt ein offenes Forschungsfeld.“
Zukunftsausblick: Wo könnte marsianisches Leben überdauern?
Obwohl die Habitabilität der Oberfläche während der „Ära der Salze“ als höchst unwahrscheinlich gilt, sieht Dr. Kite noch Hoffnungsschimmer: „Unterirdische Lebensräume könnten Mars-Mikroben als Zufluchtsort während extremer Dürrezeiten gedient haben; sie hätten sich nur in seltenen Zeitfenstern mit flüssigem Wasser an die Oberfläche zurückgewagt.“
Die Suche nach Leben wird daher stark von künftigen Missionen geprägt sein, die antike Gesteine auf komplexe organische Moleküle – die auf der Erde meist mit biologischen Prozessen verknüpft sind – untersuchen. Erst kürzlich entdeckte Curiosity langkettige Alkane in Marsproben. Dr. Kite hält das für besonders spannend: „Auf der Erde sind solche Moleküle stark mit lebenden Organismen verbunden. Der Rücktransport und die Analyse dieser Proben auf der Erde könnten uns der Beantwortung der Lebensfrage auf dem Mars so nahe bringen wie nie zuvor.“
Fazit
Das aktuelle Mars-Klimamodell, angereichert mit jahrelangen Daten des Curiosity-Rovers und neuen geochemischen Erkenntnissen, zeichnet ein ernüchterndes Bild der Mars-Vergangenheit: Kurzlebige Seen und Flüsse wichen Milliarden Jahren frostiger, unwirtlicher Wüste – Bedingungen, die wohl zu extrem und unstetig waren, als dass sich an der Oberfläche Leben dauerhaft hätte etablieren können. Zwar wurden diese kalten Landstriche gelegentlich von kurzzeitigen Schmelzwasseroasen durchbrochen, doch deren geologische Kürze und Isolation stellten erhebliche Herausforderungen für mögliches Leben dar. Dennoch bleibt, angesichts des wissenschaftlichen Fortschritts und kommender Missionen, die Hoffnung auf Spuren von marsianischem Leben bestehen – sei es durch unterirdische Schutzräume oder vielversprechende organische Verbindungen, die uns auf der Suche nach Leben außerhalb der Erde neue Hinweise liefern könnten.
Quelle: arstechnica
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