Folge 173: Die geologische Geschichte des Mars
Folge 173: Die geologische Geschichte des Mars.
Der Mars ist ein ganz besonderer Planet. Auf jeden Fall für uns Menschen. Er gehört zu den Himmelskörpern, die leicht mit freiem Auge sichtbar sind und seine deutlich erkennbare rote Farbe hat die Menschen schon von Anbeginn der Zeit inspiriert und den Planeten zum Symbol für diverse Götter gemacht. Als man später ein wenig genauer herausgefunden hatte, wie der Planet beschaffen ist, wurde der Mars zur hypothetischen Heimat von außerirdischen Lebewesen.
Der Mars ist kleiner als die Erde, aber er hat eine feste Oberfläche, er hat eine Atmosphäre und er ist nicht so weit von der Sonne entfernt als das dort lebensfeindliche Bedingungen herrschen müssen. Die Vorstellung, dass sich dort ebenfalls Leben entwickelt hat, war lange Zeit plausibel. Erst als in der zweiten Hälfte des letzten Jahrhunderts die ersten Raumsonden unseren Nachbarplaneten aus der Nähe untersucht haben, wurde klar: Auf dem Mars ist kein Leben möglich. Zumindest kein höheres, intelligentes Leben wie wir es von der Erde her kennen. Der Mars hat zwar eine Atmosphäre, aber sie ist extrem dünn und besteht fast komplett aus Kohlendioxid. Es ist dort extrem kalt mit Durchschnittstemperaturen von minus 55 Grad Celsius. Es gibt keine größeren Flächen mit offenem Wasser; keine Flüsse, Meere oder Seen. Es gibt keine Vegetation und auch sonst keine offensichtlichen Anzeichen für Leben.
Und trotzdem ist der Mars ein ständiges Ziel von Raumsonden und Satelliten. Verständlicherweise: Der Mars ist einerseits vergleichsweise nahe. Ein Flug dorthin ist in ein paar Monaten machbar. Der Mars ist ein Planet auf dem man landen und längere Zeit Untersuchungen anstellen kann. Unser zweiter Nachbar im All, die Venus, bietet da wesentlich unfreundlichere Bedingungen. Der extrem hohe atmosphärische Druck und die enormen Temperaturen von über 400 Grad die dort herrschen machen es fast unmöglich, eine Landeeinheit abzusetzen die dort länger als ein paar Minuten überleben kann. Der einzige andere Planet mit einer festen Oberfläche wäre Merkur, aber der ist aufgrund seiner Nähe zur Sonne schwer zu erreichen. Bleibt also der Mars…
Und weil wir den Mars schon so oft und so gut untersucht haben, haben wir mittlerweile auch eine ganz gute Vorstellung über seine Vergangenheit. Eine Vergangenheit die zeigt, dass dort früher einmal ganz andere Bedingungen geherrscht haben als heute.
Auf der Erde ist die Geologie vergleichsweise einfach. Wir haben jede Menge Gestein, das wir direkt vor Ort untersuchen und so sein Alter bestimmen können. Auf dem Mars ist es schwieriger. Wir haben zwar ein paar Meteoriten gefunden, die von unserem Nachbarplaneten stammen und ich habe in Folge 116 der Sternengeschichten mehr davon erzählt. Aber aus diesen paar Steinen lässt sich nur schwer eine komplette Geschichte eines Planeten rekonstruieren. Dazu braucht es die vielen hochauflösenden Bilder seiner Oberfläche, die Raumsonden in den letzten Jahren gemacht haben. Dann kann man zum Beispiel beginnen, die Krater zu zählen.
Je mehr Krater in einer bestimmten Region zu finden sind, desto älter muss sie sein. Eine genaue Analyse ist natürlich wesentlich komplexer als diese simple Faustregel, aber im Prinzip ist die Zählung von Kratern die Grundlage der Marsgeologie. Von ähnlichen Kraterzählungen zum Beispiel auf dem Mond wissen wir, wann in der Geschichte unseres Sonnensystems viele oder wenig Asteroiden mit einer bestimmten Größe durchs innere Sonnensystem geschwirrt sind und mit den Planeten dort kollidieren konnten. Vom Mond haben wir auch wesentlich mehr Gestein, das mit radiometrischen Analysen untersucht werden konnte. So lässt sich nicht nur bestimmen, welche geologischen Schichten älter oder jünger sind sondern man kann auch absolute Angaben zum Alter machen.
Die Satellitenbilder des Mars zeigen uns auch viele geologische Strukturen, die durch Wind, Wasser, Vulkanismus und andere Prozesse entstanden sind und wenn man alle Informationen kombiniert kann man so einen guten Eindruck der Vergangenheit des Planeten bekommen.
Auf der Erde haben wir so ein sehr feines Systems von Erdzeitaltern definiert, das mit dem Hadaikum vor 4,5 Milliarden Jahren beginnt und über bekannte Namen wie “Kambrium”, “Karbon”, “Jura” oder “Kreide” bis zum aktuellen Zeitalter des “Quartär” verläuft. Beim Mars ist die Sache ein wenig schwieriger, aber auch dort kann man zumindest drei prinzipielle geologische Zeitalter voneinander unterscheiden.
Oder eigentlich vier, wenn man mit der sogenannten “Prä-Noachischen Periode” beginnt. Über die weiß man allerdings nicht viel. Die ältesten erkennbaren bzw. ableitbaren geologischen Spuren auf dem Mars sind circa 4,1 Milliarden Jahre alt. Aber da der Mars auch in der Zeit davor existiert haben muss, hat man diese Epoche eben als “Prä-Noachische Periode” bezeichnet. Sie beginnt mit der Entstehung des Planeten. Der Mars entstand, so wie alle anderen Planeten auch vor 4,5 Milliarden Jahren. Und so wie alle anderen Himmelskörper muss auch der Mars damals sehr, sehr oft mit anderen Himmelskörpern kollidiert sein. Damals schwirrte ja noch sehr viel mehr Krempel durchs Sonnensystem; all die großen und kleinen Brocken die während der Hauptphase der Planetenentstehung übrig geblieben sind. Und große Brocken gab es damals deutlich mehr als heute. Im inneren Sonnensystem gibt es heute keine Asteroiden mehr, die größer als 1000 Kilometer sind; damals müssen jede Menge davon da gewesen sein. Und einer Kollision mit so einem Riesen-Asteroid dürfte der Mars auch die heute immer noch sichtbare Zweiteilung seiner Oberfläche zu verdanken haben. Die nördliche Hemisphäre wird von flachen Ebenen dominiert, im Süden ist der Planet von riesigen Gebirgen und tiefen Tälern durchzogen.
Die ursprüngliche Atmosphäre des Mars muss sehr dicht und heiß gewesen sein. All die Einschläge von Asteroiden und Kometen haben Gase aus dem Mantel des Planeten an die Oberfläche gebracht. Wasserdampf könnte zu einem gewaltigen, heißen Ozean kondensiert sein der vielleicht sogar den ganzen Planeten umspannt hat. Dann wurden die Einschläge seltener, das Wasser kühlte ab und die dichte Atmosphäre wurde langsam dünner. In dieser Phase bestand das erste Mal die Möglichkeit, dass sich Leben auf unserem Nachbarplaneten entwickeln könnte.
Vor 4,1 Milliarden Jahren begann dann die erste “offizielle” Periode in der geologischen Geschichte des Mars – die “Noachische Periode”. Benannt ist sie nach Noachis Terra, einer Hochebene in der südlichen Hälfte des Planeten.
Es gab nur zwar weniger, aber im Vergleich zu heute immer noch viele Asteroideneinschläge. Hellas Planitia, die Hellas-Tiefebene entstand damals. Mit einem Durchmesser von etwa 2000 Kilometer ist es der größte Krater auf dem Mars und der zweitgrößte im ganzen Sonnensystem. Mit einer Tiefe von 9 Kilometer findet man darin den tiefsten Punkt des ganzen Planeten. Auch andere große Krater des Mars stammen aus dieser Zeit.
Das Noachische Zeitalter war aber auch das Zeitalter der Vulkane. In der Tharsis-Region entstanden zum Beispiel Pavonis Mons, Arsia Mons und Ascraeus Mons; mächtige Schildvulkane die mit Höhen von 12, 14 und 18 Kilometern höher sind als alle Berge der Erde und zu den höchsten Erhebungen im ganzen Sonnensystem gehören. Die Vulkane brachten jede Menge Gase in die Atmosphäre und der Planet wärmte sich auf. Wolken entstanden, es regnete und die tiefen Täler und Canyons entstanden. Wasser hat sich in Kratern und Becken gesammelt und es könnte sogar einen Ozean gegeben haben, der die nördliche Hemisphäre bedeckte.
In seinem Inneren kühlte der Mars aber immer weiter aus. Während große Planeten wie Erde oder Venus auch heute noch in ihren Kernen heiß sind, hat der kleine Mars seine Wärme schnell verloren. Irgendwann gab es keine Ströme aus flüssigem Metall mehr, die sein Magnetfeld aufrecht erhalten konnten. Ohne Magnetfeld war die Atmosphäre des Mars dem Einfluss der Sonne schutzlos ausgeliefert und sie entschwand langsam aber sicher ins All.
Trotzdem muss es während der gesamten Noachischen Periode Regionen auf dem Mars gegeben haben, die lebensfreundlich waren und in denen Leben existieren oder sich entwickeln konnte. Dieses frühe Marszeitalter endete circa vor 3,7 Milliarden Jahren.
Es folgte die “Hesperianische Periode”. Die Rate der Asteroideneinschläge war nun schon stark gesunken; die Vulkane dominierten die Geologie des Planeten aber immer stärker. Olympus Mons, der sich mit 26 Kilometer über die Tharsis-Ebene erhebt entstand und ist heute immer noch der größte Berg und größte Vulkan des Sonnensystems. Die Lavaflüsse der Vulkane bildeten große Ebenen, wie zum Beispiel Hesperia Planum, nach der die Epoche auch benannt ist. Knapp ein Drittel der Marsoberfläche wurde durch die Lavaströme umgeformt. Der Vulkanismus führte auch zur Bildung riesiger Grabenbruchsysteme wie den Mariner-Tälern, ein 4000 Kilometer langes, 700 Kilometer breites und bis zu 7 Kilometer tiefes Netzwerk aus Canyons und Schluchten.
Trotz des Vulkanismus war es jetzt schon deutlich kälter, das Wasser gefror immer öfter im Boden, brach aber auch immer wieder hervor, wenn die Hitze der Eruption oder von Einschlägen es auftaute. Es kam zu kurzen aber katastrophalen Überflutungen, die ebenfalls große Bereiche der Marsoberfläche umgestalteten.
Vor 2,9 Milliarden Jahren begann schließen die “Amazonische Periode”, das jüngste und aktuelle Zeitalter des Mars. Die großen geologischen Umwälzungen der Vergangenheiten haben nun weitestgehend aufgehört. Die Zahl der Asteroideneinschläge hat sich stark reduziert, die Vulkane brachen nicht mehr so oft aus und die Atmosphäre war mittlerweile so dünn, dass Wasser in flüssiger Form kaum noch an der Oberfläche existieren konnte. Der atmosphärische Druck war so gering, das es sofort gasförmig wurde. Und es war kalt am Mars, sehr kalt. Wasser existierte sowieso nur noch gefroren tief im Permafrostboden und taute nur sporadisch auf.
Im Laufe der Jahrmilliarden verändert sich die Umlaufbahn des Mars um die Sonne und genau so wie bei der Erde führt das zu langfristigen Veränderungen im Klima. In Folge 55 der Sternengeschichten habe ich über diese “Milankovic-Zyklen” schon ausführlich besprochen so wie die Erde hat auch der Mars zwischen Warm- und Eiszeiten gewechselt.
Ab und zu gab es noch ein paar größere Vulkanausbrüche, ab und zu floß kurz ein wenig Wasser über die Oberfläche, ab und zu stieß ein Asteroid mit dem Planeten zusammen. Aber verglichen mit der hektischen Frühzeit tat sich im Amazonischen Zeitalter nicht mehr viel. Die Gesteine der Oberfläche verwitterten langsam vor sich und chemische Reaktionen bildeten Eisenoxid das dem Planeten seine charakteristische rote Farbe gab.
1976, aus geologischer Sicht kaum einen Augenblick in der Vergangenheit, landete mit Viking 1 die erste Raumsonde der Menschen auf dem Mars. Seitdem zieht es uns immer wieder dorthin und immer wieder sind wir auf der Suche nach Leben. Dass es auf dem Mars keine Marsmenschen gibt, wissen wir mittlerweile. Aber all unsere Missionen haben uns gezeigt, dass der Mars früher ein ganz anderer Planet war als heute! Und früher könnte es Leben gegeben haben. Bakterien, Mikroben – Leben, das vielleicht tief unter der Oberfläche des Mars seine Spuren hinterlassen oder eventuell sogar bis heute überlebt hat.
Es zu finden, wird nicht einfach sein. Aber wir werden nicht aufhören danach zu suchen.
