Wissenschaftler liefern neue Daten darüber, wie der Mars für das Leben, das wir auf der Erde kennen, unbewohnbar wurde

Der NASA-Rover Curiosity, der derzeit den Gale-Krater auf dem Mars erforscht, liefert neue Details darüber, wiesich das Klima auf dem Mars von einem potenziell lebensfreundlichen Klima (mit Hinweisen auf weit verbreitetes flüssiges Wasser auf der Oberfläche) zu einer Oberfläche entwickelte, die für Leben, wie wir es auf der Erde kennen, unwirtlich ist.

Der Wandel des Marsklimas

Obwohl die Marsoberfläche heute eisig und lebensfeindlich ist, suchen die NASA-Roboter auf dem Mars nach Hinweisen darauf, ob es dort in der fernen Vergangenheit Leben gegeben haben könnte. Forscher haben mit Instrumenten an Bord von Curiosity die Isotopenzusammensetzung kohlenstoffreicher Mineralien (Karbonate) gemessen, die im Gale-Krater gefunden wurden, und dabei neue Erkenntnisse darüber gewonnen, wie sich das alte Klima des Roten Planeten verändert hat.

"Die Isotopenwerte dieser Karbonate deuten auf eine extreme Verdunstung hin, was darauf hindeutet, dass sich diese Karbonate wahrscheinlich in einem Klima gebildet haben, in dem nur vorübergehend flüssiges Wasser vorhanden war", so David Burtt vom Goddard Space Flight Center der NASA in Greenbelt, Maryland, und Hauptautor eines Artikels, der diese Forschung in den Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) beschreibt.

"Unsere Proben stehen nicht im Einklang mit einer alten lebensfreundlichen Umgebung (Biosphäre) auf der Marsoberfläche, obwohl dies die Möglichkeit einer unterirdischen Biosphäre oder einer Oberflächenbiosphäre, die vor der Bildung dieser Karbonate begann und endete, nicht ausschließt."

Isotope sind Versionen eines Elements mit unterschiedlichen Massen. Wenn Wasser verdunstet, entweichen die leichten Versionen von Kohlenstoff und Sauerstoff eher in die Atmosphäre, während die schweren Versionen häufiger zurückbleiben, sich in größeren Mengen anreichern und in diesem Fall schließlich als Karbonatgestein in die Atmosphäre gelangen.

Karbonate sind für Wissenschaftler von Interesse, da sie nachweislich als Klimaaufzeichnungen dienen können. Diese Minerale können Signale der Umgebung, in der sie sich gebildet haben, speichern, einschließlich der Wassertemperatur und des Säuregehalts sowie der Zusammensetzung von Wasser und Atmosphäre.

In dem Artikel werden zwei Mechanismen für die Bildung der Karbonate in Gale vorgeschlagen. Im ersten Szenario bilden sich die Karbonate durch eine Reihe von Feucht- und Trockenzyklen im Gale-Krater. Im zweiten Szenario bilden sich Karbonate in sehr salzigem Wasser unter kalten, eisbildenden (kryogenen) Bedingungen im Gale-Krater.

"Diese Entstehungsmechanismen stehen für zwei verschiedene Klimaregime, die unterschiedliche Bewohnbarkeitsszenarien darstellen könnten", so Jennifer Stern von NASA Goddard , Mitautorin der Studie. "Der Nass-Trocken-Zyklus würde auf einen Wechsel zwischen bewohnbareren und weniger bewohnbaren Umgebungen hindeuten, während kryogene Temperaturen in den mittleren Breiten des Mars auf eine weniger bewohnbare Umgebung hindeuten würden, in der das meiste Wasser im Eis eingeschlossen und für die Chemie oder Biologie nicht verfügbar ist, und das, was dort vorhanden ist, extrem salzig und unangenehm für Leben ist.

Diese Klimaszenarien für den alten Mars waren bereits zuvor vorgeschlagen worden, und zwar auf der Grundlage des Vorhandenseins bestimmter Mineralien, von Modellen im globalen Maßstab und der Identifizierung von Gesteinsformationen. Dieses Ergebnis ist das erste, das die Szenarien durch isotopische Beweise aus Gesteinsproben untermauert.

Die schweren Isotopenwerte in den Karbonaten des Mars sind deutlich höher als die auf der Erde für Karbonatminerale beobachteten Werte und sind die schwersten Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte, die für jegliches Marsmaterial aufgezeichnet wurden. Dem Team zufolge sind sowohl feuchtes und trockenes als auch kaltes und salziges Klima erforderlich, um Karbonate zu bilden, die so stark mit schwerem Kohlenstoff und Sauerstoff angereichert sind.

"Die Tatsache, dass diese Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenwerte höher sind als alles andere, was auf der Erde oder dem Mars gemessen wurde, deutet darauf hin, dass ein Prozess (oder Prozesse) bis zum Äußersten getrieben wird", so Burtt.

"Die Verdunstung kann zwar erhebliche Veränderungen in den Sauerstoffisotopen der Erde verursachen, aber die in dieser Studie gemessenen Veränderungen waren zwei- bis dreimal so groß. Das bedeutet zwei Dinge: 1) Es gab ein extremes Ausmaß an Verdunstung, das die Veränderung der Isotopenwerte verursachte, die so schwer waren, und 2) diese schwereren Werte wurden konserviert, so dass jeder Prozess, der zu leichteren Isotopenwerten führte, in seiner Größenordnung deutlich geringer gewesen sein muss", fuhr er fort.

Diese Entdeckung wurde mit den Instrumenten Sample Analysis at Mars (SAM) und Tunable Laser Spectrometer (TLS) an Bord des Curiosity-Rovers gemacht. Das SAM erhitzt die Proben auf fast 1.652 Grad Fahrenheit (fast 900°C), und das TLS wird dann zur Analyse der während dieser Erhitzungsphase erzeugten Gase eingesetzt.

Quellenhinweis:

David G. Burtt et al, Highly enriched carbon and oxygen isotopes in carbonate-derived CO2 at Gale crater, Mars, Proceedings of the National Academy of Sciences (2024). DOI: 10.1073/pnas.2321342121