Die Physik verbindet seismische Daten mit Eigenschaften von Gesteinen und Sedimenten

Eine neue Analyse seismischer Daten vom Mars der NASA Einblick Mission hat ein paar Überraschungen offenbart.

Die erste Überraschung: Die obersten 300 Meter des Untergrunds unter der Landestelle in der Nähe des Marsäquators enthalten wenig oder kein Eis.

„Wir stellen fest, dass die Kruste des Mars schwach und porös ist. Die Sedimente sind nicht gut zementiert. Und es gibt kein Eis oder nicht viel Eis, das die Porenräume füllt“, sagte der Geophysiker Vashan Wright von der Scripps Institution of Oceanography an der University of California San Diego . Wright und drei Co-Autoren veröffentlichten ihre Analyse in Geophysikalische Forschungsbriefe.

„Diese Ergebnisse schließen nicht aus, dass es Eiskörner oder kleine Eiskugeln geben könnte, die andere Mineralien nicht zusammenzementieren“, sagte Wright. „Die Frage ist, wie wahrscheinlich es ist, dass Eis in dieser Form vorhanden ist?“

Die zweite Überraschung widerspricht einer führenden Idee darüber, was mit dem Wasser auf dem Mars passiert ist. Der rote Planet könnte schon früh in seiner Geschichte Ozeane aus Wasser beherbergt haben. Viele Experten vermuteten, dass ein Großteil des Wassers Teil der Mineralien wurde, aus denen unterirdischer Zement besteht.

„Wenn Sie Wasser mit Steinen in Kontakt bringen, produzieren Sie einen brandneuen Satz von Mineralien, wie Ton, sodass das Wasser keine Flüssigkeit ist. Es ist Teil der Mineralstruktur“, sagte der Co-Autor der Studie, Michael Manga von der University of California Berkeley. „Es gibt etwas Zement, aber die Felsen sind nicht voller Zement.“

„Wasser kann auch in Mineralien eindringen, die nicht als Zement wirken. Aber der unzementierte Untergrund beseitigt eine Möglichkeit, Aufzeichnungen über das Leben oder die biologische Aktivität zu erhalten“, sagte Wright. Zemente halten von Natur aus Gesteine ​​und Sedimente zusammen und schützen sie vor zerstörerischer Erosion.

Das Fehlen von zementierten Sedimenten deutet auf eine Wasserknappheit in den 300 Metern unter dem Landeplatz von InSight in der Nähe des Äquators hin. Die unter dem Gefrierpunkt liegende Durchschnittstemperatur am Marsäquator bedeutet, dass die Bedingungen kalt genug wären, um Wasser zu gefrieren, wenn es dort wäre.

Viele Planetenwissenschaftler, einschließlich Manga, haben lange vermutet, dass der Untergrund des Mars voller Eis sein würde. Ihr Verdacht hat sich zerstreut. Dennoch bleiben an den Polen des Mars große Eisschilde und gefrorenes Grundeis zurück.

„Als Wissenschaftler sind wir jetzt mit den besten Daten, den besten Beobachtungen konfrontiert. Und unsere Modelle sagten voraus, dass es in diesem Breitengrad immer noch gefrorenen Boden mit Grundwasserleitern darunter geben sollte“, sagte Manga, Professor und Vorsitzender für Erd- und Planetenwissenschaften an der UC Berkeley.

Das InSight-Raumschiff landete 2018 auf Elysium Planitia, einer flachen, glatten Ebene nahe dem Marsäquator. Zu seinen Instrumenten gehörte ein Seismometer, das die durch Marsbeben und einstürzende Meteoriten verursachten Vibrationen misst.

Wissenschaftler können diese Informationen mit einer riesigen Menge an Wissen über die Oberfläche verknüpfen, darunter Bilder von Marslandformen und Temperaturdaten. Die Oberflächendaten deuteten darauf hin, dass der Untergrund aus Sedimentgestein und Lavaströmen bestehen könnte. Dennoch musste das Team Unsicherheiten über Untergrundeigenschaften wie Porosität und Mineralgehalt berücksichtigen.

Seismische Wellen von Marsbeben liefern Hinweise auf die Natur der Materialien, durch die sie wandern. Mögliche zementierende Mineralien wie Calcit, Ton, Kaolinit und Gips beeinflussen seismische Geschwindigkeiten. Wrights Team bei Scripps Oceanography wendete Computermodelle der Gesteinsphysik an, um die aus den InSight-Daten abgeleiteten Geschwindigkeiten zu interpretieren.

„Wir haben unsere Modelle jeweils 10.000 Mal durchlaufen lassen, um die Unsicherheiten in unsere Antworten einzubeziehen“, sagte Co-Autor Richard Kilburn, ein Doktorand, der im Scripps Tectonorockphysics Lab unter der Leitung von Wright arbeitet. Simulationen, die einen Untergrund zeigen, der hauptsächlich aus unzementiertem Material besteht, passen am besten zu den Daten.

Wissenschaftler wollen den Untergrund untersuchen, denn wenn Leben auf dem Mars existiert, wäre es dort. An der Oberfläche gibt es kein flüssiges Wasser, und das Leben unter der Oberfläche wäre vor Strahlung geschützt. Nach einer Probenrückführungsmission ist das Mars Life Explorer-Missionskonzept eine NASA-Priorität für das nächste Jahrzehnt. Ziel ist es, zwei Meter tief in die Marskruste in hohen Breiten zu bohren, um dort, wo Eis, Gestein und die Atmosphäre zusammentreffen, nach Leben zu suchen.

Bereits in Erwägung gezogen wird die vorgeschlagene internationale Robotik Mars Ice Mapper-Mission um der NASA dabei zu helfen, potenzielle wissenschaftliche Ziele für die ersten bemannten Missionen zum Mars zu identifizieren. Scripps Oceanography hilft dabei, junge Wissenschaftler darauf vorzubereiten, zu solchen Missionen beizutragen.

„Mein ganzes Leben lang, als ich aufwuchs, habe ich gehört, dass die Erde unbewohnbar werden könnte“, sagte der Co-Autor der Studie, Jhardel Dasent, ein weiterer Doktorand im Labor, das Wright leitet. „Ich bin jetzt in dem Alter, in dem ich dazu beitragen kann, das Wissen über einen anderen Planeten zu produzieren, das uns dorthin bringen könnte.“

Diese Forschung wurde von der National Science Foundation, der NASA und dem finanziert CIFAR Earth 4D-Programm.