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Marsinneres: ein erhaltenes, blockartiges Zeugnis früher Einschläge
Ein internationales Team von Planetenwissenschaftlern hat seismische Daten genutzt, um das tiefe Innere des Mars zu kartieren, und große, in ihrer Zusammensetzung unterschiedliche Fragmente entdeckt — Relikte der frühen Kruste des Planeten — die jetzt im Mantel eingebettet sind. Diese erhaltenen Blöcke, einige von ihnen rund 4 Kilometer groß, werden als fossilierte Stücke gedeutet, die während einer intensiven Kollisionsphase in den ersten 100 Millionen Jahren der Geschichte des Sonnensystems entstanden und verändert wurden.
Wissenschaftlicher Hintergrund und wie die Entdeckung gemacht wurde
Die Seismologie untersucht die unterirdische Struktur von Planeten, indem sie aufzeichnet, wie sich seismische Wellen von Beben oder Einschlägen durch verschiedene Materialien ausbreiten und reflektieren. Der NASA-Lander InSight, der von 2018 bis 2022 auf dem Mars arbeitete, lieferte einen Katalog von Hunderten marsquakes und Einschlagssignalen, die wie eine akustische CT-Aufnahme funktionieren. Durch die detaillierte Analyse von acht klaren seismischen Ereignissen rekonstruierten Forscher unter Leitung von Constantinos Charalambous (Imperial College London) die Verteilung der seismischen Geschwindigkeiten im martianischen Mantel und identifizierten Regionen mit unterschiedlicher Zusammensetzung und Struktur.
Anstatt eines homogenen Mantels deuten die Modelle auf diskrete Heterogenitäten hin: große, blockartige Stücke krustalen Materials, die abgesunken oder unter der neu geformten Oberfläche eingeschlossen wurden. Nach Ansicht des Teams entstanden diese Blöcke vermutlich, als kolossale Einschläge große Mengen des jungen Planeten schmolzen und ausgedehnte Magmaozeane erzeugten. Als diese Schmelzschichten abkühlten und kristallisierten, bildeten sie chemisch unterscheidbare Lithologien, die später bei weiteren Kollisionen fragmentiert und beim Wiedererstarren in den Mantel eingearbeitet wurden.
„Diese kolossalen Einschläge setzten so viel Energie frei, dass große Teile des jungen Planeten zu weiten Magmaozeanen geschmolzen wurden“, erklärt Charalambous. „Als diese Magmaozeane abkühlten und kristallisierten, blieben zusammensetzungsmäßig unterschiedliche Materialstücke zurück — und wir glauben, dass genau diese tief im Mars nachweisbar sind.“ Die erhaltenen Bruchstücke fungieren demnach als Zeitkapseln, die frühe planetare Differenzierung und Bombardierung dokumentieren.
Warum der Mars diese uralten Strukturen bewahrt
Der Mars unterscheidet sich deutlich von der Erde in seiner tektonischen und magnetischen Entwicklung. Während die Erdkruste in bewegliche tektonische Platten unterteilt ist, die Krustenmaterial kontinuierlich in den Mantel zurückführen und recyceln, scheint der Mars unter einem stagnierenden Deckel gearbeitet zu haben — einer einzigen, weitgehend unbeweglichen äußeren Schale. Außerdem fehlt dem Mars heute ein starkes globales Magnetfeld, was auf andere Dynamiken im tiefen Kern hindeutet. Ohne aktive Plattentektonik, die frühe Heterogenitäten auslöschen würde, kann das martianische Innere Relikte seiner Entstehung viel länger bewahren als die Erde.
Die Forscher schreiben, dass die erhaltene Mantelheterogenität „ein beispielloses Fenster in die geologische Geschichte und die thermochemische Entwicklung eines terrestrischen Planeten unter einem stagnierenden Deckel“ bietet — ein Regime, das bei felsigen Planeten vermutlich häufig vorkommt. Solche erhaltenen Fragmente auf dem Mars zu finden, liefert einen seltenen Datenpunkt zum Vergleich der planetaren Entwicklung im inneren Sonnensystem, einschließlich Merkur und Venus, deren tiefe Strukturen bislang schlecht eingeschränkt sind.
Auswirkungen auf Planetenwissenschaft, Habitabilität und zukünftige Erkundung
Die Entdeckung hat Auswirkungen auf mehrere Bereiche der Planetenwissenschaft. Erstens stützt sie Modelle, in denen frühe Riesenimpakte eine entscheidende Rolle bei der Festlegung der inneren Struktur terrestrischer Welten spielten — ein Prozess, der bereits zur Erklärung der mondbildenden Kollision der Erde herangezogen wird. Zweitens begrenzt das Fortbestehen chemisch unterschiedlicher Blöcke im Marsmantel den Wärmetransport, die Intensität der Mantelkonvektion und den Zeitrahmen, in dem Planeten magnetische Dynamos und Oberflächenbedingungen für Habitabilität aufrechterhalten können.
Für Missionen und Instrumente unterstreichen diese Ergebnisse den Wert der Seismologie auf kleinen Himmelskörpern und motivieren ein breiteres, langlebigeres seismisches Netzwerk auf dem Mars. Eine dichtere seismische Abdeckung würde die Größe, Verteilung und Zusammensetzung der Mantelblöcke verfeinern und Hypothesen über frühe Magmaozeane und Krustenneubildung testen.
Verwandte Technologien und nächste Schritte
Zukünftige Ziele umfassen die Stationierung mehrerer seismischer Stationen über den Mars verteilt, um 3D-Innenkarten zu erstellen, Probenrückführungen oder in-situ-geochemische Analysen alter Oberflächenterrains, um oberflächennahe Gesteine mit tiefen Heterogenitäten zu verknüpfen, sowie verbesserte Modelle von einschlagsbedingtem Schmelzen und Krustenrecycling.
Expert Insight
Dr. Elena Moreno, Planeten-Geophysikerin (fiktiv), kommentiert: „Das Nachweisen so großer, erhaltener Fragmente im Mantel des Mars ist wie das Finden herausgerissener Seiten aus dem frühesten Geschichtsbuch des Sonnensystems. Es zeigt uns, dass das Innere des Mars nach seiner Entstehung nur langsam durchmischt wurde und dadurch Prozesse bewahrt hat, die auf der Erde durch Plattentektonik ausgelöscht wurden. Für zukünftige Missionen ist das Hinzufügen weiterer seismischer Stationen der direkteste Weg, diese Entdeckung zu einem globalen Bild der inneren Entwicklung des Mars auszubauen.“
Fazit
Seismische Analysen der Daten der NASA-InSight-Mission zeigen, dass der Mantel des Mars große, versteinertete Stücke alter Kruste enthält, die durch intensive frühe Einschläge gebildet und umverteilt wurden. Diese Fragmente, einige Kilometer groß, sind erhalten geblieben, weil dem Mars die plattentektonische Recyclingaktivität fehlt, die vergleichbare Aufzeichnungen auf der Erde ausgelöscht hat. Die Entdeckung verfeinert Modelle der Planetenbildung, schränkt thermische und magnetische Entwicklungspfade ein und bietet ein starkes Argument für erweiterte seismische Netzwerke auf dem Mars, um die ersten Kapitel der Entwicklung terrestrischer Planeten weiter zu beleuchten.
Quelle: sciencealert
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