Mars, der rote Planet, verdankt seine ikonische Farbe einem besonderen chemischen Prozess. Neue Forschungen deuten jedoch darauf hin, dass dieser Rostton eine komplexere Geschichte verbirgt, als bisher angenommen.
Seit Jahrzehnten führen Wissenschaftler die rote Farbe des Mars auf die Oxidation von Eisen zurück, ein Phänomen, das dem Rosten auf der Erde ähnelt. Eine aktuelle Studie schlägt jedoch vor, dass der Marsstaub ein wasserreiches Mineral namens Ferrihydrit enthält, das eine Schlüsselrolle bei dieser Färbung gespielt haben könnte. Diese Entdeckung eröffnet neue Perspektiven auf die Klimageschichte des Mars und seine mögliche frühere Bewohnbarkeit.
Die Zusammensetzung des Marsstaubs
Der Staub, der den Mars bedeckt, besteht hauptsächlich aus eisenreichen Mineralien, darunter Eisenoxid. Bisher gingen Wissenschaftler davon aus, dass Hämatit, ein trockenes Eisenoxid, für die rote Farbe des Planeten verantwortlich ist. Neue Analysen zeigen jedoch, dass Ferrihydrit, ein Mineral, das in Gegenwart von kaltem Wasser entsteht, besser zu den Beobachtungen passt. Diese Entdeckung stellt frühere Theorien über die Bildung des Marsrosts infrage.
a) Ockerfarbene Tönung der hellen Regionen des Mars, beobachtet am 14. August 2021 vom Emirates Exploration Imager (R = 635 nm, G = 546 nm, B = 437 nm).
b) Fein gemischtes (< 1 µm) Ferrihydrit-Basalt-Gemisch (Verhältnis 1:2) im Labor, unter Umgebungsbedingungen aufgenommen.
c) Vergleich eines orbitalen Spektrums von Marsstaub (CRISM-Bild FRT00009591) mit dem Spektrum des Ferrihydrit-Basalt-Gemischs. Der Anstieg der Reflektanz bei etwa 0,5 µm ist auf dreiwertiges Eisen und dessen Elektronenübergangsabsorption zurückzuführen, die das UV- und Blauspektrum dominiert. Die spektralen Banden im nahen Infrarot (NIR) bei 1,41 und 1,93 µm, die mit gebundenem Wasser in Ferrihydrit verbunden sind, werden in diesen Proben nicht nachgewiesen. Der charakteristische Reflektanzanstieg zwischen 1 und 2,5 µm für reines Ferrihydrit tritt ebenfalls nicht auf, wahrscheinlich aufgrund der nichtlinearen Mischung mit Basaltpulver. Die Bande bei 3 µm könnte auf chemisch gebundenes Wasser im Marsstaub und der Laborprobe zurückzuführen sein. Um zu dieser Schlussfolgerung zu gelangen, haben die Forscher Marsstaub im Labor nachgebildet, indem sie Proben von Basalt und Ferrihydrit zermahlen haben. Diese Proben wurden dann mit den spektralen Daten verglichen, die von Marsorbitern und -rovern gesammelt wurden. Die Ergebnisse zeigen, dass Ferrihydrit der beste Kandidat ist, um die rote Färbung des Mars zu erklären. Diese innovative Methode ermöglichte es, Bedingungen zu schaffen, die denen des roten Planeten nahekommen.
Die Daten von Raumfahrtmissionen wie dem Trace Gas Orbiter der ESA und dem Rover Curiosity der NASA spielten eine Schlüsselrolle bei dieser Entdeckung. Durch die Kombination dieser Beobachtungen mit Laborexperimenten konnten die Wissenschaftler die spektrale Signatur von Ferrihydrit im Marsstaub identifizieren. Dieser Fortschritt ebnet den Weg für ein besseres Verständnis der chemischen Prozesse, die den Mars geprägt haben.
Eine Geschichte, die mit Wasser verbunden ist
Die Anwesenheit von Ferrihydrit deutet darauf hin, dass der Mars vor mehreren Milliarden Jahren feuchte Bedingungen erlebt hat. Dieses Mineral bildet sich schnell in Gegenwart von kaltem Wasser, was darauf hindeutet, dass flüssiges Wasser einst reichlich auf der Oberfläche des Planeten vorhanden war. Im Gegensatz zu Hämatit bewahrt Ferrihydrit seine wasserhaltige Signatur selbst nach Milliarden von Jahren der Erosion und Verteilung durch die Marswinde.
Diese Entdeckung stärkt die Idee, dass der Mars Umgebungen beherbergen konnte, die für Leben geeignet waren. Die Bedingungen, die für die Bildung von Ferrihydrit erforderlich sind – nämlich flüssiges Wasser und Sauerstoff – deuten darauf hin, dass der rote Planet eine mildere Periode erlebt hat als seinen derzeitigen kalten und trockenen Zustand. Dies eröffnet neue Perspektiven auf die frühere Bewohnbarkeit des Mars und die Möglichkeit, dass er mikrobielle Lebensformen unterstützt haben könnte.
Die linke Abbildung zeigt den alten Mars während einer Phase aktiver chemischer Verwitterung, bei der die Hydratation und Oxidation der basaltischen Kruste eisenreiche Ferrihydrit-Wässer erzeugt. Schmelzwasserabfluss, ausgelöst durch vulkanische Aktivität, transportiert unlösliches dreiwertiges Eisen zu Kraterseen und Becken, wo sich Sedimentablagerungen bilden.
Die rechte Abbildung zeigt den modernen Mars, wo Erosion die Sedimentschichten umverteilt und feine Materialien verteilt, was dem Planeten sein charakteristisches ockerfarbenes Aussehen verleiht. Schema nicht maßstabsgetreu. Zukünftige Missionen wie der Rover Rosalind Franklin der ESA und das Mars Sample Return-Programm der NASA könnten Proben liefern, die diese Hypothese bestätigen. Die direkte Analyse von Marsstaub und -gestein auf der Erde würde es ermöglichen, die Menge an Ferrihydrit genau zu bestimmen und die Umweltbedingungen, die auf dem Mars zur Zeit seiner Entstehung herrschten, besser zu verstehen. Diese Proben könnten auch weitere Hinweise auf die Geschichte von Wasser und Leben auf dem roten Planeten liefern.
Weiterführend: Was ist Ferrihydrit?
Ferrihydrit ist ein eisen- und wasserreiches Mineral, das oft mit feuchten und kalten Umgebungen in Verbindung gebracht wird. Auf der Erde findet man es in Böden und Seesedimenten, wo es sich schnell in Gegenwart von flüssigem Wasser und Sauerstoff bildet. Seine besondere chemische Struktur ermöglicht es ihm, Wassermoleküle zu binden, was es zu einem wertvollen Indikator für vergangene wasserhaltige Bedingungen macht.
Auf dem Mars würde die Anwesenheit von Ferrihydrit darauf hindeuten, dass der Planet feuchte Phasen erlebt hat, auch wenn seine heutige Umgebung extrem trocken ist. Dieses Mineral bildet sich bei relativ niedrigen Temperaturen, was darauf hindeutet, dass flüssiges Wasser auf dem Mars kalt und wahrscheinlich nur für eine begrenzte Zeit reichlich vorhanden war. Im Gegensatz zu anderen Eisenoxiden wie Hämatit ist Ferrihydrit langfristig weniger stabil, kann aber unter spezifischen Bedingungen, wie sie auf dem Mars beobachtet wurden, bestehen bleiben.
Die Entdeckung von Ferrihydrit im Marsstaub würde neue Perspektiven eröffnen, um die Geschichte des Wassers auf dem roten Planeten zu verstehen. Durch die Untersuchung dieses Minerals können Wissenschaftler die Umweltbedingungen, die vor Milliarden von Jahren auf dem Mars herrschten, nachvollziehen. Dies könnte auch helfen, Regionen zu identifizieren, in denen Leben entstanden sein könnte, und das Interesse an zukünftigen Erkundungsmissionen verstärken.
Autor des Artikels: Cédric DEPOND
Quelle: Nature