Neue Forschungsergebnisse enthüllen die kalte, eisige Vergangenheit des Mars

Eine neue Studie hat wichtige Hinweise gefunden, die im Boden des Roten Planeten lauern.

Neuere Forschungen vergleichen den Boden der Erde und… Mars Die Studie legt nahe, dass das historische Klima auf dem Mars kalt und subarktisch war, ähnlich wie in Neufundland. Die Studie konzentrierte sich auf amorphe Materialien im Boden des Gale-Kraters, die möglicherweise unter nahezu gefrorenen Bedingungen konserviert wurden, und lieferte neue Einblicke in die Umweltbedingungen des Mars und die Möglichkeit von Leben auf ihm.

Erforschung des vergangenen Marsklimas durch den Erdboden

Die Frage, ob der Mars einst Leben ermöglichte, beschäftigt seit Jahrzehnten die Fantasie von Wissenschaftlern und der Öffentlichkeit. Der Kern dieser Entdeckung besteht darin, Einblicke in das Klima des Nachbarplaneten in der Vergangenheit zu gewinnen: War der Planet warm und feucht, mit Meeren und Flüssen, die denen auf unserem Planeten sehr ähnlich waren? Oder war es zu kalt und zu eisig und daher möglicherweise weniger geeignet für das Leben, wie wir es kennen?

Eine neue Studie hat Beweise gefunden, die diese Ansicht stützen, indem sie Ähnlichkeiten zwischen Böden auf dem Mars und denen in Kanadas Neufundland, einer Region mit kaltem subarktischem Klima, identifizierte.

Rand und Boden des Gale-Kraters aus Sicht des NASA-Rover Curiosity. Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech

Erkenntnisse aus der Bodenanalyse des Gale-Kraters

Die Studie wurde in der Fachzeitschrift veröffentlicht Kommunikation zwischen Erde und Umwelt Am 7. Juli, Wissenschaftler suchten nach Boden auf der Erde, der Materialien enthält, die denen im Gale-Krater auf dem Mars ähneln. Wissenschaftler verwenden Böden häufig zur Darstellung der Umweltgeschichte, da die vorhandenen Mineralien die Geschichte der Entwicklung einer Landschaft im Laufe der Zeit erzählen können. Ein besseres Verständnis der Entstehung dieser Materialien könnte dazu beitragen, langjährige Fragen zu den historischen Bedingungen auf dem Roten Planeten zu beantworten. Der Boden und die Gesteine ​​des Gale-Kraters liefern eine Aufzeichnung des Klimas auf dem Mars vor drei bis vier Milliarden Jahren, während einer Zeit relativ reichlich Wassers auf dem Planeten – der gleichen Zeit, in der das erste Leben auf der Erde erschien.

„Der Gale-Krater ist ein alter Seegrund – und es gab eindeutig Wasser“, sagt Anthony Feldman, ein Bodenwissenschaftler und Landmorphologe, der jetzt am DRI arbeitet. „Aber wie waren die Umweltbedingungen, als das Wasser dort war?“ Gegenstück.“ „Direkt zur Marsoberfläche, weil die Bedingungen zwischen Mars und Erde sehr unterschiedlich sind, aber wir können Trends unter terrestrischen Bedingungen betrachten und daraus versuchen, Fragen zum Mars zu extrapolieren.“

Der Untersuchungsort liegt im Hochland von Neufundland. Bildnachweis: Anthony Feldman/DRI

Herausforderungen bei der Analyse von Marsmaterialien

Der NASA-Rover Curiosity untersucht den Gale-Krater seit 2011 und hat eine Fülle von Bodenmaterial gefunden, das als „amorphes Röntgenmaterial“ bekannt ist. Diesen Bodenbestandteilen fehlt die typische repetitive Atomstruktur, die Mineralien definiert, und sie können daher mit herkömmlichen Techniken wie der Röntgenbeugung nicht einfach charakterisiert werden. Wenn Röntgenstrahlen auf kristalline Materialien wie beispielsweise Diamant abgefeuert werden, werden die Röntgenstrahlen je nach innerer Struktur des Metalls in unterschiedlichen Winkeln gestreut. Allerdings erzeugt röntgenamorphe Materie diese charakteristischen „Fingerabdrücke“ nicht. Curiosity nutzte diese Röntgenbeugungsmethode, um zu zeigen, dass röntgenamorphe Materie zwischen 15 und 73 % der am Gale-Krater getesteten Boden- und Gesteinsproben ausmacht.

„Amorphe Materialien, die aus Röntgenstrahlen gewonnen werden, kann man sich wie Gelee vorstellen“, sagt Feldman. „Es ist eine Mischung aus verschiedenen Elementen und Chemikalien, die übereinander gleiten.“

Der Rover Curiosity führte auch chemische Analysen an Boden- und Gesteinsproben durch und stellte fest, dass das amorphe Material reich an Eisen und Siliziumdioxid ist, aber kein Aluminium enthält. Über die begrenzten chemischen Informationen hinaus verstehen Wissenschaftler noch nicht, was amorphe Materie ist oder was ihre Anwesenheit in Bezug auf die historische Marsumgebung bedeutet. Die Entdeckung weiterer Informationen darüber, wie diese mysteriösen Materialien entstehen und auf der Erde verbleiben, könnte helfen, hartnäckige Fragen zum Roten Planeten zu beantworten.

Feldstudien zur Simulation der Bedingungen auf dem Mars

Feldman und seine Kollegen besuchten drei Orte auf der Suche nach amorphen Materialien, die Röntgenstrahlen ähneln: die Hochebenen des Gros-Morne-Nationalparks in Neufundland, die Klamath Mountains im Norden Kaliforniens und den Westen Nevadas. Diese drei Standorte wiesen verwitterte Böden auf, von denen die Forscher vorhersagten, dass sie chemisch dem röntgenamorphen Material im Gale-Krater ähneln: reich an Eisen und Silizium, aber ohne Aluminium. Die drei Standorte lieferten auch eine Reihe von Niederschlägen, Schneefällen und Temperaturen, die dabei helfen können, Einblicke in die Art der Umweltbedingungen zu gewinnen, die amorphes Material produzieren, und dessen Erhaltung fördern.

An jedem Standort untersuchte das Forschungsteam den Boden mittels Röntgenbeugungsanalyse und Transmissionselektronenmikroskopie, was es ihnen ermöglichte, Bodenmaterialien detaillierter zu betrachten. Unter den subarktischen Bedingungen in Neufundland sind Materialien entstanden, die denen im Gale-Krater chemisch ähneln und denen ebenfalls eine kristalline Struktur fehlt. Böden in wärmeren Klimazonen wie Kalifornien und Nevada waren dies nicht.

„Das zeigt, dass man dort Wasser braucht, um diese Materialien zu bilden“, sagt Feldman. „Aber die Bedingungen müssen kalt sein und die durchschnittliche Jahrestemperatur liegt nahe dem Gefrierpunkt, um das amorphe Material im Boden zu erhalten.“

Amorphe Materialien gelten oft als relativ instabil, was bedeutet, dass die Atome auf atomarer Ebene noch nicht in ihrer endgültigen, kristallineren Form organisiert sind. „Es gibt etwas in der Kinetik – oder Reaktionsgeschwindigkeit – das sie verlangsamt, so dass diese Materialien über geologische Zeitskalen hinweg konserviert werden können“, sagt Feldman. „Wir schlagen vor, dass sehr kalte Bedingungen herrschen, die dem Gefrierpunkt nahe kommen.“ ein begrenzender Faktor in der Bewegung, die es diesen Materialien ermöglicht, sich zu bilden und zu bewahren.“

„Diese Studie verbessert unser Verständnis des Marsklimas“, sagt Feldman. „Die Ergebnisse legen nahe, dass die Häufigkeit dieses Materials im Gale-Krater mit subpolaren Bedingungen übereinstimmt, ähnlich denen, die wir beispielsweise in Island sehen könnten.“

Referenz: „Eisenreiche amorphe Röntgenmaterie zeichnet vergangenes Klima und die Beständigkeit von Wasser auf dem Mars auf“ von Anthony D. Feldman und Elizabeth M. Hausrath und Elizabeth B. Rampe, Valerie Tu und Tanya S. Beretiazko, Christopher DeFelice und Thomas Sharp, 7. Juli 2024. Kommunikation zwischen Erde und Umwelt.
DOI: 10.1038/s43247-024-01495-4