Mars: Heißer Druck aus der Tiefe

Offenbar ist noch etwas anderes im Gange: Unter den nördlichen Ebenen des Mars könnte ein sogenannter Mantelplume die Kruste zusammendrücken und damit frühere Anzeichen für jugendliche vulkanische und seismische Aktivität in der Region erklären. Es basiert auf einer Analyse der Topographie, Schwerkraft und Geologie der Region Elysium Planitia und einem geophysikalischen Modell, das mögliche Prozesse beschreibt. Wissenschaftler sagen, dass die Ergebnisse wichtige Auswirkungen auf das Verständnis der Planetenentwicklung und die Vorhersage der Bewohnbarkeit des Mars haben.

Zumindest an der Oberfläche sieht unser Nachbarplanet heute hart und inaktiv aus. Allerdings wird auch deutlich, dass dies nicht immer so war: Teilweise zeugen Reste riesiger Vulkankrater und Gesteinsablagerungen auf seiner Oberfläche von der „heißblütigen“ Vergangenheit des Mars. Aber diese sichtbaren Zeichen des Vulkans sind uralt. Das Innere des Mars hat noch Kanten, aber lange Zeit dachte man, es sei von außen nicht mehr sichtbar. Denn dem Planeten fehlt ein Aspekt, der im Falle der Erde für den größten Teil des Vulkanismus verantwortlich ist: Die Bewegung der Erdplatten im Rahmen der Plattentektonik führt zu Erdbeben und vulkanischer Aktivität. Das Fehlen solcher Prozesse auf dem Mars führte dazu, dass er lange Zeit als harter Planet galt, auf dem in den letzten drei Milliarden Jahren nicht viel passiert ist.

Doch die Forschungsergebnisse der letzten Jahre widersprechen diesem Bild: Der NASA-Lander In Sight, der seit 2018 auf dem Mars unterwegs ist, hat im Untergrund erhebliche seismische Aktivität festgestellt. Erdbeben scheinen von einem nahe gelegenen System namens Cerberus Fossa auszugehen. Von dort gab es weitere interessante Erkenntnisse: „Frühere Arbeiten unserer Forschungsgruppe fanden Hinweise auf den jüngsten bekannten Vulkanausbruch auf dem Mars.“ Dieser Vulkan verursachte einen kleinen Ascheausbruch, möglicherweise erst vor 53.000 Jahren, was im Wesentlichen gestern in der Erdzeit ist“, sagt Jeffrey Andrews-Hannah von der University of Arizona in Texas. In der aktuellen Studie hat auch sein Kollege Adrian Brockett darauf hingewiesen untersuchte nun, was hinter der jungen geologischen Aktivität auf dem Mars stecken könnte.

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Was ist die Ursache der Aktivität?

Neben der Plattentektonik verursachen sogenannte Mantelplumes auch Vulkanausbrüche und Erdbeben auf der Erde. „Da wir wussten, dass es auf dem Mars keine Plattentektonik gibt, untersuchten wir, ob die Aktivität, die wir in der Region Cerberus Fossae beobachteten, das Ergebnis einer Mantelwolke sein könnte“, sagt Brockett. Wie Wissenschaftler erklären, kann man sich dieses geologische Phänomen wie eine heiße Formation in einer Lavalampe vorstellen. Mantelplumes sind große Blasen aus heißem Gesteinsmaterial, die aufgrund ihrer geringen Dichte aus dem Erdinneren aufsteigen und durch den Erdmantel geschoben werden. Sie können die Kruste anheben und Erdbeben, Verwerfungen und Vulkane verursachen. Auf der Erde zum Beispiel entstand die hawaiianische Inselkette, als sich die pazifische Platte langsam über eine dicke Wolke erhob. „Mantelwolken sind dafür bekannt, dass sie auf der Erde und der Venus aktiv sind“, sagte Andrews-Hannah. Ob das auch auf dem kalten Mars möglich ist, haben er und seine Kollegen nun systematisch untersucht. Sie analysierten Informationen über die Topographie, Schwerkraftanomalien und Geologie der Region Elysium Planitia und entwickelten geophysikalische Modelle.

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Wie Brockett und Andrew-Hanna berichten, gibt es Hinweise auf ein starkes Wachstum in dem Gebiet, was die Wirkung einer Wolke unterstützt: Die Oberfläche wurde um mehr als anderthalb Kilometer erweitert. Die Analyse subtiler Schwankungen im Gravitationsfeld legt nahe, dass diese Akkretion durch etwas im Inneren des Planeten verursacht wird. Auch weitere Forschungsergebnisse weisen auf relativ junge Prozesse hin: Der Boden der Impaktwolke sei in der Region besonders geneigt, berichten die Forscher. Es zeigt sich, dass sich einige Oberflächen nach der Bildung der Einschlagstellen ausdehnen.

Ein großer heißer “Pilz” wächst

Anhand eines Modells möglicher Prozesse, in das sie komplexe geophysikalische Daten integriert haben, konnten die Wissenschaftler dann genauer bestimmen, inwieweit ein Mantelplume dafür verantwortlich sein könnte. Sie berichten, dass die Eigenschaften der Region durch eine aktive Mantelfahne erklärt werden können, deren Kopf eine Fläche von etwa 4000 km betrifft. “In Bezug auf das, was Sie von einer aktiven Mantelwolke erwarten würden, erfüllen die Eigenschaften von Elysium Plantia alle Kriterien”, sagt Brockett. Daher kann die pilzförmige Struktur aus Material geformt werden, das aus der Grube aufsteigt, die auf etwa 95 bis 285 Kelvin erhitzt wird. Das Modell zeigt, dass die Mitte des Kopfes direkt unter dem Bereich der Cerberus fossae liegt.

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Dies erklärt die anhaltenden geologischen Aktivitäten am Standort, einschließlich des von InSight entdeckten Marscus, sagen die Forscher. „Wenn wir es mit einer aktiven Mantelwolke auf dem Mars zu tun haben, bedeutet das einen Paradigmenwechsel in unserem Verständnis der geologischen Entwicklung des Planeten“, sagte Brocott. Wie die Forscher betonen, sind die genauen Faktoren, die zur Bildung einer so großen Wolke führen könnten, jedoch unklar. „Dies betrifft eine Fläche des Mars, die ungefähr so ​​groß ist wie die Vereinigten Staaten. Zukünftige Studien müssen einen Weg finden, eine viel größere Mantelwolke zu erklären, die nicht erwartet wurde“, sagt Brockett.

Die Ergebnisse sind den Forschern zufolge auch wichtig für die Suche nach Lebenszeichen auf dem Mars. Denn eine Wolke kann unterirdisch in der Region verborgenes Eis schmelzen und die chemische Reaktion in Gang setzen. „Einige Mikroben können unter diesen Bedingungen auf der Erde existieren – und so auch auf dem Mars“, sagt Andrews-Hannah. „Eine aktive Mantelwolke unter der Marsoberfläche wirft komplexe Fragen darüber auf, wie sich der Planet im Laufe der Zeit entwickelt hat“, sagte der Wissenschaftler.

Quelle: University of Arizona, Zeitschriftenartikel: Nature Astronomy, doi: 10.1038/s41550-022-01836-3

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