Reine Schwefelkristalle auf dem Mars entdeckt, Gediz

Als Nasa's Curiosity-Rover zufällig einen auf den Boden von Gediz Vallis scheinbar gewöhnlichen Stein zerdrückte, offenbarte er eine helle, unerwartete Fracht: reine gelbe Kristalle elementaren Schwefels. Dieser Fund verändert die Sicht der Wissenschaftler auf die lokale Marschemie und wirft neue Fragen zur geologischen Vergangenheit des Roten Planeten auf.

An accidenteller Fund: wie ein Rad zum Geologen wurde

Im Mai 2024 fuhr Curiosity — ein 899 Kilogramm schwerer Rover, der das Gale-Krater-Gebiet durchstreift — über eine fragile Mineralnarbe, die unmittelbar unter seinen Rädern zerfiel. Kameras und Spektrometer dokumentierten das frisch freigelegte Innere: kräftig gelbe Kristalle, die als elementarer Schwefel (Brimstone) identifiziert wurden. Während Sulfatminerale auf dem Mars weit verbreitet sind, ist das Auftreten von Schwefel in seiner freien, elementaren Form in dieser Region des Planeten bislang beispiellos.

Der Schwefel, den Curiosity auf dem Mars fand

Beeindruckend an diesem Fund ist nicht nur der Schwefel selbst, sondern auch der Kontext: Gediz Vallis scheint übersät zu sein mit weiteren Steinen, die dem ungebrochenen Klumpen ähneln, den Curiosity zufällig zerbrach. Dieses Muster deutet darauf hin, dass elementarer Schwefel lokal möglicherweise häufiger vorkommt als bisher angenommen — eine Möglichkeit, die eine Erklärung verlangt und die unsere bisherigen Modelle der Marsoberfläche infrage stellt.

Warum reiner Schwefel geologisch überraschend ist

Auf dem Mars tritt Schwefel meist in Form von Sulfaten auf: Mineralien, die entstehen, wenn Schwefel mit Sauerstoff und anderen Elementen in Wasser reagiert und sich dann beim Verdampfen des Wassers konzentriert. Sulfate zählen zu den wichtigsten Belegen dafür, dass Mars einst flüssiges Wasser und potenziell habitable chemische Bedingungen hatte.

Reiner, elementarer Schwefel bildet sich dagegen nur unter einem enger gefassten Satz von Bedingungen. Auf der Erde kommt er häufig in der Nähe vulkanischer Fumarolen, hydrothermaler Quellen oder durch chemische Reaktionen vor, bei denen Schwefelwasserstoff oxidiert wird und Schwefel zurückbleibt. Solche Prozesse setzen spezifische Temperatur-, Redox- und Gasverhältnisse voraus. Keines der bislang breit akzeptierten Modelle für Gediz Vallis hatte die lokale Bildung oder Ablagerung von elementarem Schwefel in sichtbaren, oberflächennahen Vorkommen vorhergesagt.

„Ein Feld aus Steinen aus reinem Schwefel zu finden ist, als würde man eine Oase in der Wüste entdecken“, sagte Ashwin Vasavada, Projektwissenschaftler von Curiosity am Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Es sollte dort nicht sein, also müssen wir es erklären. Genau das Unerwartete zu entdecken, macht die Planetenerkundung so spannend.“

Was uns die Instrumente verraten haben

Curiosity führt eine ausgefeilte Instrumentenpalette mit sich, um Chemie aus der Ferne und in Greifnähe zu identifizieren: Mastcam für hochauflösende Bildgebung, ChemCam für Laser-Spektroskopie, APXS zur elementaren Analyse, CheMin für Röntgenbeugung und SAM (Sample Analysis at Mars) zur Untersuchung flüchtiger Stoffe. Durch die Kombination von Bilddaten und spektroskopischen Signaturen konnten die Missionswissenschaftler bestätigen, dass die hellgelben Körner elementarer Schwefel sind und nicht einfach eine Sulfatschicht oder eine andere Mineralphase.

Ein sehr ähnlicher Stein wie der von Curiosity zerbrochene, fotografiert neun Tage nach der Schwefelfundentdeckung

Da der Rover den Stein unabsichtlich zerschlug, bot sich den Ingenieuren und Wissenschaftlern eine seltene Gelegenheit: eine frisch freigelegte Oberfläche ohne Bohren oder Schleifen analysieren zu können. Wäre der Rover eine andere Route gefahren, hätten diese Hinweise Monate oder Jahre verborgen bleiben können. Die zufällige Freilegung erlaubte zudem, direkte Vergleiche zwischen Außen- und Innenflächen des Materials vorzunehmen und damit Alterungsprozesse, Verwitterung und Oberflächenalter deutlich besser einzuschätzen.

Folgen für Marschemie und Habitabilität

Elementarer Schwefel hat biochemische Relevanz: Auf der Erde ist er Teil von Kreisläufen, die mikrobielles Leben unterstützen, und sulfatführende Minerale sind ein Mechanismus, über den Organismen Schwefel für Aminosäuren und Proteine aufnehmen können. Das Vorkommen von Sulfaten auf dem Mars war lange Zeit ein wichtiger Baustein des Arguments, dass der Planet einst chemisch günstige, möglicherweise habitale Bedingungen gehabt haben könnte. Die neue Nachweisung von elementarem Schwefel beweist nicht das Vorhandensein von Leben, erweitert jedoch unser Bild vom chemischen Inventar des Roten Planeten und von der Vielfalt der Prozesse, die seine Oberfläche geprägt haben.

Mögliche Bildungswege umfassen mehrere geochemische Szenarien, die jeweils unterschiedliche Umweltbedingungen voraussetzen:

• Frühere lokale vulkanische oder hydrothermale Aktivität, bei der schwefelreiche Gase freigesetzt wurden, die später bei Abkühlung kondensierten und Schwefel ablagerten.
• Oxidations-Reduktions-Reaktionen, bei denen schwefelhaltige Fluiden unter ungewöhnlichen Redoxbedingungen elementaren Schwefel ausscheiden und so sichtbare Klumpen oder Krusten bilden.
• Transport und Ablagerung aus einer entfernten Quelle, gefolgt von lokal begrenzter chemischer Umwandlung an der Oberfläche, die Sulfat in elementaren Schwefel umwandelt oder Schwefel anreichert.

Jede dieser Hypothesen erfordert detaillierte geochemische Modellierung und zusätzliche Felddaten. Einige Szenarien implizieren kurzzeitige warme oder chemisch reduzierende Umgebungen in der Marsgeschichte, was für die Rekonstruktion der planetaren Entwicklung von großer Bedeutung wäre. Solche temporären, lokal begrenzten Umgebungen – etwa hydrothermale Pulse oder episodische Gasausbrüche – könnten Mikronischen geschaffen haben, die für organische Moleküle oder biosignaturähnliche Prozesse günstiger waren.

Next steps for Curiosity and researchers

Wissenschaftler werden weiterhin die Verteilung der schwefelähnlichen Steine entlang von Gediz Vallis kartieren und ihre Texturen sowie Zusammensetzungen vergleichen. Laborbasierte Modellierungen, kontrollierte Experimente und computergestützte geochemische Simulationen sollen helfen, mögliche Bildungsmechanismen einzugrenzen. Curiosity wird weiterhin Nahaufnahmen und Spektren sammeln; wo es sicher und machbar ist, könnten Teammitglieder ähnliche Steine für weiterführende Analysen oder Bohrungen anvisieren.

Curiosity hat 42 pulverisierte Gesteinsproben mit dem Bohrer am Ende seines Roboterarms entnommen. Alle 42 vom Bohrer erzeugten Löcher sind hier zu sehen.

Parallel zu den lokalen Untersuchungen werden die Daten genutzt, um gezielte Messtechniken zu planen: etwa weitere Laseranalysemessungen mit ChemCam, hochauflösende Mineralbestimmungen mit CheMin und eine Suche nach flüchtigen Bestandteilen mit SAM. Die Missionsteams werden zudem Gefügeanalysen durchführen, um festzustellen, ob die Schwefelkristalle in einer Matrix aus Staub und anderen Mineralen eingebettet sind oder ob sie als frei liegende Aggregate vorliegen. Diese Details sind entscheidend, um Bildungsbedingungen wie Temperatur, Druck und verfügbare reaktive Gase abzuleiten.

Expert Insight

„Diese Art unerwarteter Mineralogie erinnert daran, dass der Mars ein dynamisches Archiv bleibt“, sagte Dr. Elena Marquez, Planetengeochemikerin am Imaginary Planetary Institute. „Elementarer Schwefel weist uns auf lokalisierte chemische ‚Fabriken‘ in der Marsvergangenheit hin — möglicherweise hydrothermale Pulse oder schwefelreiche Gasfreisetzungen. Der Weg von der Entdeckung zur Erklärung wird Roverdaten, Laborexperimente und numerische Modelle kombinieren. Er könnte auch leiten, welche Gesteine künftige Sample-Return-Missionen priorisieren sollten.“

Praktisch gesehen unterstreicht der Fund den Wert mobiler Feldarbeit auf fremden Welten. Die Beweglichkeit von Roverplattformen in Kombination mit einer breiten Instrumentenausstattung erlaubt es Wissenschaftlern, serendipisch Anomalien zu entdecken und schnell zu untersuchen — etwas, das stationäre Lander weit weniger wahrscheinlich leisten würden. Mobilität erhöht die Chance, seltene und lokal begrenzte Mineralvorkommen wie diese zu finden und innerhalb einer Mission zu charakterisieren.

What this means for future exploration

Das Verständnis, wie und warum elementarer Schwefel in Gediz Vallis vorkommt, wird helfen, Landeplatzauswahl und Sampling-Strategien für künftige Missionen zu verfeinern. Sollten Schwefelvorkommen Indikatoren für vergangene hydrothermale Umgebungen sein, könnten sie zu prioritären Zielen für Probenrückführungsmissionen und für die gezielte Suche nach Biosignaturen avancieren. Gleichzeitig erweitern Perseverance und andere Missionen unser Bild der martianischen Vielfalt — und Curiosity liefert weiterhin Überraschungen, die die Planetologie vorantreiben.

Langfristig ist die gezielte Suche nach Elementen und Mineralen, die als Puffersysteme, Energiequellen oder Nährstofflieferanten für mikrobielles Leben dienen könnten, integraler Bestandteil der Missionsplanung. Die Kombination aus geomorphologischen Karten, mineralogischen Messungen und Modellierungen ermöglicht es, Regionen hoher Bewohnbarkeitspotenziale zu identifizieren. Für zukünftige Missionen, die Proben zur Erde zurückbringen sollen, sind lokal begrenzte, mineralogisch vielfältige Fundorte wie Gediz Vallis besonders wertvoll: Sie bieten die Chance, Proben zu sammeln, die unterschiedliche Prozesse dokumentieren — von Verwitterung über Fluidmigration bis hin zu möglichen hydrothermalen Episoden.

Zusammenfassend zeigt der Fund elementarer Schwefelkristalle in Gediz Vallis, wie wichtig detaillierte Fernerkundung, direkte Probenahme und die Kombination aus geochemischen, mineralogischen und geophysikalischen Daten sind. Während keine einzelne Entdeckung alle Antworten liefert, eröffnet sie neue Fragestellungen und Prioritäten für Forschung und Exploration. Für die Marsgeologie, die Untersuchung der Habitabilität und die Planung zukünftiger Sample-Return-Missionen ist dies ein bedeutender neuer Baustein.