Vor langer Zeit formten Wind und Wasser den formbaren Sand und die Sedimente des Mars zu Dünen, Wellen und anderen Landschaftsmustern, sogenannten Bodenformen. Im Laufe von Milliarden von Jahren verhärteten sich einige dieser Landformen zu Gestein – Wissenschaftler nennen sie dann Paläo-Bodenformen. In der Zeit eingefroren, kommt es nur in Form langsamer Erosion durch staubige Winde, Verschüttung durch urzeitliche Lavaströme oder gelegentlicher Meteoriteneinschläge zu Veränderungen.
Ein Forscherteam unter der Leitung von Matthew Chojnacki, Wissenschaftler am Planetary Science Institute, hat Paläo-Bodenformen auf dem Roten Planeten kartiert und charakterisiert, um ihre Vielfalt und das Klima auf dem Mars in der Antike besser zu verstehen. Die Studie wurde veröffentlicht im Journal Geomorphologie.
Seit 2013 arbeitet Chojnacki an HiRISE, dem High-Resolution Imaging Science Experiment auf dem Mars Reconnaissance Orbiter (MRO) der NASA.
„Ich habe eine Sammlung von HiRISE-Bildern zusammengestellt, die diese seltsamen Merkmale zeigten, die wie Bettformen aussahen, aber sie waren mit Kratern übersät und von Felsen bedeckt. Sie sahen verfallen und versteinert aus“, sagte Chojnacki. „Wir wollten das genauer untersuchen.“
Ihre Forschungen brachten Paläo-Bodenformen in Landschaften unterschiedlichen Alters, Breitengrads und geologischen Kontexts zutage, darunter Krater, Canyons und Becken. Sie können in folgende Gruppen eingeteilt werden: Paläodünen und Paläo-Megaripples, die vom Wind geformt wurden; fluviale Paläodünen, die vom Wasser geformt wurden; und Dünengruben, bei denen es sich um Paläodünen handelt, die so erodiert sind, dass nur eine flache Vertiefung übrig geblieben ist.
Paläobodenformen wurden überall auf dem Planeten gefunden, die meisten konzentrierten sich jedoch in den Valles Marineris und Athabasca Valles in Äquatornähe, in Noctis Labyrinthus westlich der Valles Marineris, in Arcadia Planitia in den nördlichen Tiefländern, in Hellas Planitia auf der Südhalbkugel und am Hochland-Tiefland-Übergang zwischen Arabia Terra und Apollinaris Mons.
„Die überzeugendsten und eindeutigsten Paläodünenformen waren die Dünen“, sagte Chojnacki. „Viele dieser Paläodünen sind den modernen Dünen zum Verwechseln ähnlich, sie sehen nur verfallener aus.“
Die am weitesten verbreiteten Paläo-Bodenformen waren Paläo-Megaripples, die wie große Felder paralleler Grate aussehen. Diese kleineren Bodenformen entstehen, wenn der Wind über reichlich vorhandenen groben Sand weht.
„Paläo-Megaripples sind ebenfalls vielversprechend, allerdings etwas weniger als die Dünen, da es andere geologische Prozesse gibt, die ähnlich aussehende Landformen geformt haben könnten“, sagte Chojnacki.
Auf Grundlage seines Wissens über moderne Megaripples schlug das Team ein Evolutionsmodell für diese Strukturen vor: Der Wind formt sie zunächst, hört dann aber irgendwann auf, wodurch der Sand aushärtet und zu Gestein verfestigt, was zu ihrer Erhaltung und schließlich zu ihrer Auflösung führt.
Die seltensten und am stärksten zerstörten Paläo-Bodenformen wurden wahrscheinlich von urzeitlichem Wasser geformt und werden als fluviale Paläo-Bodenformen bezeichnet. Das Team fand diese nur in den vermutlichen Überresten urzeitlicher Megafluten.
Chojnacki sagte, er sei überrascht, dass sie nicht mehr dieser fluvialen Paläobettformen gefunden hätten.
„Auf dem Mars gibt es eine Vielzahl ausgetrockneter Flussbetten, in denen sich möglicherweise weitere Flussbettformen gebildet haben, aber es scheint, dass ihre geringe Größe und die Verfüllung der Kanäle ihrer Erhaltung nicht förderlich waren“, sagte er.
Das Team schätzt, dass die meisten Paläo-Bodenformen vor etwa 2 Milliarden Jahren oder noch später in die geologischen Aufzeichnungen einzementiert wurden. Die meisten Bodenformen wurden wahrscheinlich nach ihrer Entstehung und ihrem Transport vergraben, vermutlich durch vulkanische Aktivitäten wie Lavaströme oder Ascheregen, bis sie durch Erosion wieder freigelegt wurden, während andere im Gestein zementiert wurden, ohne jemals vergraben zu werden.
„In anderen Fällen wandern aktive Sanddünen entlang der Nordpolkappe über ältere Paläodünen und führen zu deren Erosion. Saisonales Eis kann die Dünen ebenfalls erodieren“, sagte Chojnacki. „Die Vielfalt dieser Bettformen spricht für die Vielfalt der Dynamiken und Bedingungen im Sonnensystem.“
Nachdem diese Untersuchung nun eine große Anzahl an Paläo-Bodenformen auf dem Mars zutage gefördert hat, hofft das Team, moderne Dünenfelder zu identifizieren, die möglicherweise in eine ähnliche Richtung gehen.
„Während viele Bodenformen auf dem Mars heute aktiv sind und wandern, sind andere Felder statisch und weisen Anzeichen einer Art Stabilisierungsprozess auf, der möglicherweise irgendwann zur Verfestigung führt“, sagte Chojnacki. „Das Verständnis dieses Kontinuums wird uns hoffentlich dabei helfen, die sich ändernden klimatischen Bedingungen des roten Planeten besser zu verstehen.“
Weitere Informationen:
Matthew Chojnacki et al., Globale Untersuchung von Paläobodenformen auf dem Mars, Geomorphologie (2024). DOI: 10.1016/j.geomorph.2024.109428