Die frühe Kruste auf dem Mars ist möglicherweise komplexer als bisher angenommen – und sie könnte sogar der ursprünglichen Kruste unseres eigenen Planeten ähneln.
Die Marsoberfläche ist gleichmäßig basaltisch, ein Produkt von Milliarden von Jahren Vulkanismus und fließender Lava auf der Oberfläche, die schließlich abkühlte. Da der Mars keine umfassende Oberflächenumgestaltung wie die Verschiebung der Kontinente auf der Erde durchmachte, dachten Wissenschaftler, die Geschichte der Marskruste sei eine relativ einfache Geschichte.
Aber in einer neuen Studie fanden Forscher Orte auf der Südhalbkugel des Roten Planeten mit höheren Konzentrationen von Silizium, einem chemischen Element, als man in einer rein basaltischen Umgebung erwarten würde. Die Kieselsäurekonzentration war durch Weltraumgestein freigelegt worden, das auf den Mars einschlug, Material ausgrub, das meilenweit unter der Oberfläche eingebettet war, und eine verborgene Vergangenheit enthüllte. Die Studie „Eine entwickelte frühe Kruste, die auf dem Mars freigelegt wurde, wurde durch Spektroskopie enthüllt“ wurde online am 4. November in der Zeitschrift veröffentlicht Geophysikalische Forschungsbriefe.
„Es gibt mehr Kieselerde in der Zusammensetzung, die das Gestein nicht zu Basalt macht, sondern zu dem, was wir als weiter entwickelte Zusammensetzung bezeichnen“, sagt Valerie Payré, Assistenzprofessorin am Department of Earth and Environmental Sciences an der University of Iowa und korrespondierende Autorin der Studie. „Das sagt uns, wie die Kruste, die sich auf dem Mars gebildet hat, definitiv komplexer ist als das, was wir wussten. Es geht also mehr darum, diesen Prozess zu verstehen und vor allem, was er für die Entstehung der Erdkruste bedeutet.“
Wissenschaftler glauben, dass der Mars vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist. Wie genau der Rote Planet entstanden ist, ist ein Rätsel, aber es gibt Theorien. Eine Idee ist, dass der Mars durch eine titanische Kollision von Gesteinen im Weltraum entstanden ist, die bei intensiver Hitze einen vollständig verflüssigten Zustand hervorgebracht hat, der auch als Magmaozean bekannt ist. Der Magmaozean kühlte allmählich ab, so die Theorie, und hinterließ eine Kruste, die wie eine Hautschicht aus einzigartigem Basalt wäre.
Eine andere Theorie besagt, dass der Magmaozean nicht allumfassend war und dass Teile der ersten Kruste auf dem Mars einen anderen Ursprung hatten, einen, der andere Kieselsäurekonzentrationen als Basalt aufweisen würde.
Payré und ihre Forschungspartner analysierten Daten, die vom Mars Reconnaissance Orbiter für die südliche Hemisphäre des Planeten gesammelt wurden, die frühere Forschungen als die älteste Region angegeben hatten. Die Forscher fanden neun Orte – wie Krater und Brüche im Gelände – die reich an Feldspat waren, einem Mineral, das mit Lavaströmen in Verbindung gebracht wird, die eher kieselhaltig als basaltisch sind.
„Das war der erste Hinweis“, sagt Payré. „Wegen der feldspatreichen Böden haben wir dort die Kieselsäurekonzentrationen untersucht.“
Feldspat war zuvor in anderen Regionen auf dem Mars gefunden worden, aber weitere Analysen zeigten, dass die chemische Zusammensetzung in diesen Gebieten eher basaltisch war. Das schreckte die Forscher nicht ab, die sich einem anderen Instrument namens THEMIS zuwandten, das Kieselsäurekonzentrationen durch Infrarot-Wellenlängenreflexionen von der Marsoberfläche nachweisen kann. Mit Daten von THEMIS stellte das Team fest, dass das Gelände an den ausgewählten Standorten eher siliziumhaltig als basaltisch war.
Um ihren Beobachtungen weitere Glaubwürdigkeit zu verleihen, zeigen Meteoriten wie Erg Chech 002, die in der Sahara entdeckt wurden und ungefähr auf die Geburt des Sonnensystems datieren, ähnliche siliziumhaltige und andere mineralische Zusammensetzungen, die das Team an den neun Orten auf dem Mars beobachtete.
Die Forscher datierten die Kruste auch auf etwa 4,2 Milliarden Jahre, was sie zur ältesten bisher auf dem Mars gefundenen Kruste machen würde.
Payré sagt, sie sei von der Entdeckung leicht überrascht gewesen.
„Es gab Rover an der Oberfläche, die Felsen beobachteten, die eher siliziumhaltig als basaltisch waren“, sagt sie. „Also gab es Ideen, dass die Kruste siliziumhaltiger sein könnte. Aber wir wussten nie, und wir wissen es immer noch nicht, wie die frühe Kruste gebildet wurde oder wie alt sie ist, also ist es immer noch ein Rätsel.“
Während der Ursprung der Marskruste verschleiert bleibt, ist die Geschichte der Erdkruste noch weniger klar, da alle Überreste der ursprünglichen Kruste unseres Planeten aufgrund der Verschiebung der Kontinentalplatten seit Milliarden von Jahren ausgelöscht wurden. Dennoch kann der Fund Einblicke in die Ursprünge der Erde bieten.
„Wir kennen die Kruste unseres Planeten nicht von Anfang an, wir wissen nicht einmal, wann das erste Leben auftauchte“, sagt Payré. „Viele denken, dass die beiden verwandt sein könnten. Wenn wir also verstehen, wie die Kruste vor langer Zeit aussah, könnte uns das helfen, die gesamte Entwicklung unseres Planeten zu verstehen.“
Payré führte die Forschung als Postdoktorand an der Northern Arizona University durch. Sie trat der UI im August bei. Mitwirkende Autoren sind Mark Salvatore und Christopher Edwards aus Nord-Arizona.
Mehr Informationen:
V. Payré et al, An Evolved Early Crust Exposed on Mars Revealed through Spectroscopy, Geophysikalische Forschungsbriefe (2022). DOI: 10.1029/2022GL099639