Wie lebensfreundlich und wasserreich der Mars einst war, ist noch immer umstritten. Jetzt bestätigen Aufnahmen und Messdaten des NASA-Rovers Perseverance, dass zumindest im Jezero-Krater, seinem Landegebiet, bis vor rund 3,7 Milliarden Jahren ein großer See lag. Neu ist jedoch die Erkenntnis, dass dieser Kratersee zwar lange Zeit von einem gleichmäßig strömenden Fluss gespeist wurde, es dann aber einen Wechsel gab. Große Felsblöcke und gröberes Sediment deuten darauf hin, dass es in der Spätphase des Sees heftige Sturzfluten gab. Sie könnten den Übergang von der feucht-milden Frühphase des Marsklimas zu einem wechselhafteren, trockeneren Klima anzeigen.
Die eingekerbten Spuren alter Flusstäler und Deltas sowie Tonminerale, die in Gegenwart von Wasser entstanden sein müssen, deuten darauf hin, dass unser Nachbarplanet Mars einst wasserreicher gewesen sein muss als heute. Wie viel Wasser es in seiner Frühzeit bis vor rund 3,7 Milliarden Jahren gab, ist allerdings strittig. Während einige Wissenschaftler große marsianische Seen und sogar Ozeane für möglich halten, sind andere skeptischer. Ihrer Ansicht nach war die Atmosphäre selbst in der Anfangszeit des Mars zu dünn und sein Klima zu kalt, um dauerhaft größere Wasserflächen zu erlauben. Sie vermuten, dass die fluvialen Relikte eher auf vorübergehende Starkregen und Sturzfluten, vielleicht auch nur auf Schmelzwasser zurückgehen. Wäre dies der Fall, würde das die Hoffnung, vielleicht noch Spuren einstigen mikrobiellen Lebens auf dem Mars zu finden, deutlich schmälern.
Um mehr über die potenziell lebensfreundliche Phase des Roten Planeten herauszufinden und gezielt nach Fossilien und anderen Lebensspuren zu suchen, ist im Februar 2021 der NASA-Rover Perseverance in einem besonders vielversprechenden Gebiet des Mars gelandet – dem rund 45 Kilometer großen Jezero-Krater. Er liegt 18 Grad nördlich des Marsäquators am Rand der gewaltigen Einschlagssenke Isidis Planitia und damit in einem Gebiet, in dem einige der ältesten Gesteinsschichten des Mars zutage treten. Der spektrale Nachweis von Karbonatgesteinen und Tonmineralen durch Orbitersonden sowie Spuren eines alten Flussdeltas sprechen dafür, dass der Krater in der Frühzeit des Planeten mit Wasser gefüllt war – in ihm könnte ein mehr als 250 Meter tiefer See gelegen haben. Doch ob diese Annahme stimmt und wie die deltaähnlichen Landschaftsformen tatsächlich entstanden sind, ließ sich aus dem Orbit allein nicht klären.
Stetige Ablagerung
Jetzt liefert Perseverance die dafür nötigen Daten. Obwohl er während seiner ersten drei Monate auf dem Mars zunächst stationär blieb und seine Umgebung nur mithilfe seiner Mastkamera und des SuperCam Remote Micro-Imager (RMI) untersuchte, liefern schon diese ersten Daten wertvolle Informationen über die Geologie und Vergangenheit dieses Gebiets. Nicolas Nangold von der Universität Nantes in Frankreich und seine Kollegen haben dafür die Bilder von zwei speziellen Formationen im Umfeld des Rovers ausgewertet. Dazu gehören der Kodiak Butte, ein isolierter, flachgipfeliger Hügel, der im südlichen Teil des Deltas aufragt, sowie mehrere Bereiche im höhergelegenen südwestlichen Teil des Flussdeltas. In diesen Formationen treten gut erkennbar verschiedene Sedimentschichten zutage, deren Struktur und Abfolge Rückschlüsse auf die Wasserstände im Gewässer, aber auch auf die Fließgeschwindigkeiten der Flüsse erlauben.
Die Perseverance-Aufnahmen zeigen, dass die unteren Sedimentschichten vorwiegend aus feinkörnigem Material bestehen, wie es für den Schwemmsand gemächlich fließender Gewässer typisch ist. Das Flussdelta, in dem der Kodiak Butte liegt, mündete demnach in den tiefen Kratersee, der zumindest in dieser Zeit keinen Ausfluss besaß. “Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Jezero-See zur Zeit der Delta-Entstehung geschlossen war”, schreiben Nangold und seine Kollegen. Der Wasserspiegel dieses Sees lag dabei teilweise rund 100 Meter tiefer als bisher aufgrund der Orbiterdaten angenommen. Dennoch sehen die Forscher in den neuen Aufnahmen von Perseverance klare Belege dafür, dass es im Jezero-Krater bis vor rund 3,7 Milliarden Jahren einen tiefen See gab. “Der Rover konnte damit schon einmal eine der großen Fragen beantworten – ob dieser Krater einst ein See war”, sagt Co-Autor Benjamin Weiss vom Jet Propulsion Laboratory der NASA. “Bevor wir dort gelandet sind und dies nun bestätigen konnten, stand dies immer in Frage.”
Felsbrocken zeugen von Sturzfluten
Die Roverdaten enthüllen aber auch, dass es in der Geschichte des Jezero-Sees und seines Zuflusses einen dramatischen Wandel gab: In der Spätzeit des Sees muss diese Gegend heftige Sturzfluten erlebt haben. Belege dafür liefern zahlreiche bis zu einem Meter große und mehrere Tonnen schwere Felsblöcke, die im oberen, südwestlichen Teil des Deltas abgelagert wurden. Die multispektralen Aufnahmen des Rovers zeigen, dass diese Brocken nicht aus Schichtsilikaten und Olivin bestehen wie das meiste Sediment im Delta, sondern von calciumarmem Pyroxen dominiert werden. “Der Ursprung dieser Brocken muss daher entweder der Kraterrand von Jezero sein oder die freiliegenden Bereiche pyroxenreicher Kruste gut 60 Kilometer stromaufwärts vom Jezero-Krater”, berichten die Wissenschaftler. Ein so weiter Transport so schwerer und großer Steine ist aber nur möglich, wenn das Wasser mit entsprechender Wucht strömt.
Aus den Positionen der Brocken und der Struktur des Sediments schließen Nangold und seine Kollegen, dass es in der Spätzeit des Sees heftige Sturzfluten gegeben haben muss. In ihnen könnte das Wasser mit bis zu neun Metern pro Sekunde hangabwärts gerast sein. Der Durchfluss lag bei bis zu rund 3000 Kubikmetern pro Sekunde. Offenbar, so vermuten die Forscher, gab es einen Wechsel von einem gleichmäßig feuchten zu einem wechselhafteren Klima, in dem Regen nur noch sporadisch, aber heftig fiel – ähnlich wie heute in manchen Wüstengebieten der Erde. “Unsere Ergebnisse deuten auf einen zeitlichen Übergang im Energieregime der fluvialen Systeme im westlichen Delta hin – von einer anhaltend nassen Aktivität, die die zum Jezero-Krater hin abfallenden Deltaablagerungen schuf, zu Episoden mit starken Sturzfluten, die metergroße Felsbrocken über Kilometer hinweg mitreißen konnten”, schreiben Nangold und seine Kollegen.
Damit könnte der Jezero-Krater wertvolle Zeugnisse des Wandels konserviert haben, der den Mars von einer feuchten, lebensfreundlichen Welt zu einem kalten, trockenen Wüstenplaneten machte. “Zu dieser Zeit in der Planetengeschichte muss etwas sehr Grundlegendes passiert sein”, sagt Weiss. Was jedoch diesen Wandel auslöste, ist noch unbekannt.
Quelle: Nicolas Nangold (Université Nantes) et al., Science, doi: 10.1126/science.abl4051
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