Marsmeteoriten liefern eine Fülle von Informationen über die Struktur des Roten Planeten

Der Mars weist in seinem Mantel und seiner Kruste eine ausgeprägte Struktur mit erkennbaren Reservoirs auf. Das weiß man dank Meteoriten, die Wissenschaftler des Scripps Institution of Oceanography an der UC San Diego und ihre Kollegen auf der Erde analysiert haben.

Meteoriten, die vor etwa 1,3 Milliarden Jahren entstanden und dann vom Mars ausgestoßen wurden, wurden in den letzten Jahrzehnten von Wissenschaftlern an Standorten in der Antarktis und in Afrika gesammelt. Der Geologe James Day von Scripps Oceanography und seine Kollegen Bericht 31. Mai im Journal Wissenschaftliche Fortschritte auf Analysen der chemischen Zusammensetzung dieser Proben vom roten Planeten.

Diese Ergebnisse seien nicht nur wichtig für das Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Mars, sondern auch für die Bereitstellung präziser Daten, die als Grundlage für jüngste NASA-Missionen wie Insight und Perseverance sowie die Mars Sample Return dienen könnten, sagte Studienleiter Day.

„Marsmeteoriten sind die einzigen physischen Materialien, die uns vom Mars zur Verfügung stehen“, sagte Day. „Sie ermöglichen uns, präzise und genaue Messungen vorzunehmen und dann Prozesse zu quantifizieren, die innerhalb des Mars und in der Nähe der Marsoberfläche stattgefunden haben. Sie liefern direkte Informationen über die Zusammensetzung des Mars, die die Wahrheit für Missionswissenschaften liefern können, wie etwa die laufenden Operationen des Perseverance-Rovers, die dort stattfinden.“

Days Team stellte seine Theorie der Entstehung des Mars anhand von Meteoritenproben zusammen, die alle aus demselben Vulkan stammten und als Nakhlite und Chassignite bekannt sind. Vor etwa 11 Millionen Jahren riss ein großer Meteoriteneinschlag auf dem Mars Teile des Planeten ab und schleuderte die Gesteine ​​in den Weltraum. Einige davon landeten in Form von Meteoriten auf der Erde. Die ersten dieser Meteoriten wurden 1815 im französischen Chassigny und 1905 im ägyptischen Nakhla entdeckt.

Seitdem wurden weitere solcher Meteoriten unter anderem in Mauretanien und der Antarktis entdeckt. Wissenschaftler konnten den Mars als ihren Ursprungsort identifizieren, da diese Meteoriten relativ jung sind, von einem kürzlich aktiven Planeten stammen, im Vergleich zur Erde eine andere Zusammensetzung des reichlich vorhandenen Elements Sauerstoff aufweisen und die Zusammensetzung der Marsatmosphäre beibehalten, die in den 1970er Jahren von den Viking-Landesonden auf der Oberfläche gemessen wurde.

Das Team analysierte die beiden Schlüsselmeteoritentypen Nakhlit und Chassignit. Nakhlite sind basaltisch, ähnlich der Laven, die heute in Island und Hawaii ausbrechen, sind aber reich an einem Mineral namens Klinopyroxen. Chassignite bestehen fast ausschließlich aus dem Mineral Olivin. Auf der Erde sind Basalte ein Hauptbestandteil der Erdkruste, insbesondere unter den Ozeanen, während Olivine im Erdmantel reichlich vorhanden sind.

Dasselbe gilt für den Mars. Das Team zeigte, dass diese Gesteine ​​durch einen Prozess namens fraktionierte Kristallisation innerhalb des Vulkans, in dem sie entstanden, miteinander verbunden sind. Anhand der Zusammensetzung dieser Gesteine ​​zeigten sie auch, dass einige der damals geschmolzenen Nakhlite Teile der Kruste nahe der Oberfläche enthielten, die ebenfalls mit der Marsatmosphäre interagierten.

„Indem wir feststellen, dass Nakhlite und Chassignite aus demselben Vulkansystem stammen und mit der durch atmosphärische Wechselwirkungen veränderten Marskruste interagierten, können wir einen neuen Gesteinstyp auf dem Mars identifizieren“, sagte Day. „Mit der vorhandenen Sammlung von Marsmeteoriten, die alle vulkanischen Ursprungs sind, können wir die innere Struktur des Mars besser verstehen.“

Dies gelang dem Team aufgrund der besonderen chemischen Eigenschaften von Nakhliten und Chassigniten sowie der charakteristischen Zusammensetzungen anderer Marsmeteoriten. Diese zeigen eine atmosphärisch veränderte obere Kruste des Mars, eine komplexe tiefere Kruste und einen Mantel, in dem Fontänen aus dem Inneren des Mars bis zur Krustenbasis vorgedrungen sind, während das Innere des Mars, das sich in seiner frühen Entwicklung gebildet hat, ebenfalls geschmolzen ist und verschiedene Arten von Vulkanen hervorgebracht hat.

„Bemerkenswert ist, dass der Vulkanismus auf dem Mars unglaubliche Ähnlichkeiten mit der Erde aufweist, aber auch Unterschiede aufweist“, sagte Day. „Einerseits entstanden Nakhlite und Chassignite auf ähnliche Weise wie der jüngste Vulkanismus an Orten wie Oahu auf Hawaii. Dort drücken neu entstandene Vulkane auf den Erdmantel und erzeugen tektonische Kräfte, die weiteren Vulkanismus auslösen.“

„Andererseits sind die Reservoirs auf dem Mars extrem alt und trennten sich kurz nach der Entstehung des roten Planeten voneinander. Auf der Erde hat die Plattentektonik dazu beigetragen, die Reservoirs im Laufe der Zeit wieder zu vermischen. In diesem Sinne stellt der Mars eine wichtige Verbindung zwischen dem Aussehen der frühen Erde und ihrem heutigen Aussehen dar.“

Neben Day waren Marine Paquet von Scripps Oceanography sowie Kollegen der University of Nevada Las Vegas und des französischen Nationalen Zentrums für wissenschaftliche Forschung an der Studie beteiligt.