Die Frage, ob es auf dem Mars jemals Leben gab, beschäftigt seit Jahrzehnten Wissenschaftler und die Öffentlichkeit. Entscheidend für die Entdeckung ist, dass man Einblicke in das frühere Klima des Nachbarn der Erde gewinnen kann: War der Planet warm und feucht, mit Meeren und Flüssen, die denen auf unserem Planeten sehr ähnlich waren? Oder war er kalt und eisig und daher möglicherweise weniger geeignet, Leben, wie wir es kennen, zu beherbergen? Eine neue Studie liefert Beweise für letzteres, indem sie Ähnlichkeiten zwischen den Böden auf dem Mars und denen auf Neufundland in Kanada, einem kalten subarktischen Klima, identifiziert.
Die Studie, veröffentlicht In Kommunikation Erde und Umwelt, suchte auf der Erde nach Böden mit vergleichbaren Materialien wie die des Gale-Kraters auf dem Mars. Wissenschaftler verwenden Böden häufig, um die Umweltgeschichte darzustellen, da die vorhandenen Mineralien die Geschichte der Landschaftsentwicklung im Laufe der Zeit erzählen können.
Ein besseres Verständnis der Entstehung dieser Materialien könnte dazu beitragen, seit langem bestehende Fragen zu den historischen Bedingungen auf dem Roten Planeten zu beantworten. Die Böden und Gesteine des Gale-Kraters liefern ein Zeugnis des Klimas auf dem Mars vor 3 bis 4 Milliarden Jahren, als es auf dem Planeten relativ viel Wasser gab – und in derselben Zeit, in der das erste Leben auf der Erde auftrat.
„Der Gale-Krater ist ein Paläo-Seegrund – es war offensichtlich Wasser vorhanden. Aber welche Umweltbedingungen herrschten, als das Wasser dort war?“, fragt Anthony Feldman, ein Bodenkundler und Geomorphologe, der jetzt am DRI arbeitet. „Wir werden nie ein direktes Analogon zur Marsoberfläche finden, weil die Bedingungen auf dem Mars und der Erde so unterschiedlich sind. Aber wir können uns Trends unter terrestrischen Bedingungen ansehen und diese nutzen, um zu versuchen, auf Marsfragen zu extrapolieren.“
Der Curiosity Rover der NASA untersucht den Gale-Krater seit 2011 und hat eine Fülle von Bodenmaterialien gefunden, die als „röntgenamorphes Material“ bekannt sind. Diesen Bodenbestandteilen fehlt die typische sich wiederholende Atomstruktur, die Mineralien auszeichnet, und daher können sie mit herkömmlichen Techniken wie Röntgenbeugung nicht leicht charakterisiert werden.
Wenn kristalline Materialien wie Diamanten mit Röntgenstrahlen beschossen werden, streuen die Strahlen in charakteristischen Winkeln, die auf der inneren Struktur des Minerals beruhen. Röntgenamorphes Material erzeugt jedoch nicht diese charakteristischen „Fingerabdrücke“. Diese Röntgenbeugungsmethode wurde vom Curiosity Rover verwendet, um nachzuweisen, dass 15 bis 73 % der im Gale-Krater getesteten Boden- und Gesteinsproben aus röntgenamorphem Material bestanden.
„Man kann sich röntgenamorphe Materialien wie Wackelpudding vorstellen“, sagt Feldman. „Es ist eine Suppe aus verschiedenen Elementen und Chemikalien, die einfach aneinander vorbeigleiten.“
Der Curiosity Rover führte auch chemische Analysen der Boden- und Gesteinsproben durch und fand heraus, dass das amorphe Material reich an Eisen und Kieselsäure, aber arm an Aluminium war. Abgesehen von den begrenzten chemischen Informationen verstehen die Wissenschaftler noch nicht, was das amorphe Material ist oder was seine Präsenz über die historische Umgebung des Mars aussagt. Mehr Informationen darüber, wie diese rätselhaften Materialien entstehen und auf der Erde bestehen, könnten helfen, hartnäckige Fragen über den Roten Planeten zu beantworten.
Feldman und seine Kollegen besuchten drei Orte auf der Suche nach ähnlichem röntgenamorphem Material: die Tablelands des Gros Morne Nationalparks in Neufundland, die Klamath Mountains in Nordkalifornien und das westliche Nevada. An diesen drei Standorten gab es Serpentinböden, von denen die Forscher erwarteten, dass sie chemisch dem röntgenamorphen Material am Gale-Krater ähnlich waren: reich an Eisen und Silizium, aber arm an Aluminium.
An den drei Standorten wurde auch ein Spektrum an Niederschlags-, Schneefall- und Temperaturwerten ermittelt, das Aufschluss über die Art von Umweltbedingungen geben könnte, die amorphes Material hervorbringen und dessen Erhaltung fördern.
An jedem Standort untersuchte das Forschungsteam die Böden mithilfe von Röntgenbeugungsanalyse und Transmissionselektronenmikroskopie, wodurch sie die Bodenmaterialien detaillierter betrachten konnten. Die subarktischen Bedingungen Neufundlands brachten Materialien hervor, die chemisch denen im Gale-Krater ähnelten, denen jedoch ebenfalls eine kristalline Struktur fehlte. Bei den Böden aus wärmeren Klimazonen wie Kalifornien und Nevada war dies nicht der Fall.
„Das zeigt, dass man das Wasser braucht, um diese Materialien zu bilden“, sagt Feldman. „Aber es müssen kalte, durchschnittliche Jahrestemperaturen nahe dem Gefrierpunkt herrschen, um das amorphe Material im Boden zu erhalten.“
Amorphes Material wird oft als relativ instabil betrachtet, was bedeutet, dass sich die Atome auf atomarer Ebene noch nicht in ihrer endgültigen, kristallineren Form angeordnet haben.
„Es passiert etwas in der Kinetik – oder der Reaktionsgeschwindigkeit –, das die Reaktion verlangsamt, sodass diese Materialien über geologische Zeiträume hinweg erhalten bleiben“, sagt Feldman. „Wir gehen davon aus, dass sehr kalte Temperaturen, nahe dem Gefrierpunkt, ein besonderer kinetischer Begrenzungsfaktor sind, der die Bildung und Konservierung dieser Materialien ermöglicht.“
„Diese Studie verbessert unser Verständnis des Klimas auf dem Mars“, fügt Feldman hinzu. „Die Ergebnisse lassen darauf schließen, dass die Fülle dieses Materials im Gale-Krater mit subarktischen Bedingungen übereinstimmt, wie sie beispielsweise in Island herrschen.“
Mehr Informationen:
Anthony D. Feldman et al., Fe-reiches, röntgenamorphes Material dokumentiert das vergangene Klima und die Persistenz von Wasser auf dem Mars, Kommunikation Erde & Umwelt (2024). DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4