Berlin, FU Berlin – Der Mars wirkt auf Bildern oft wie ein stiller, rostiger Stein. Doch unter seiner kalten Oberfläche könnte noch immer etwas in Bewegung sein. Neue Auswertungen von Daten der ESA-Sonde ExoMars Trace Gas Orbiter (TGO) liefern Hinweise darauf, dass am Vulkan Alba Mons möglicherweise bis heute vulkanische Prozesse ablaufen.

Der rote Planet trägt viele Spuren seiner feurigen Vergangenheit: die Tharsis-Vulkane, uralte Lavaschichten und Olympus Mons, den größten bekannten Vulkan im Sonnensystem. Die gewaltigen Formationen sind Milliarden Jahre alt. Deshalb galt der Mars lange als geologisch inaktiv. Ganz so einfach ist die Sache aber nicht. In der Region Cerberus Fossae wurden junge vulkanische Ablagerungen entdeckt, außerdem registrierte die NASA-Sonde Mars InSight seit 2018 zahlreiche Beben.

Ein Gas zur falschen Jahreszeit

Ein internationales Forschungsteam um Alexander Trokhimovskiy von der Universität Bern nahm nun neue Hinweise auf Vorgänge im Marsuntergrund unter die Lupe. Ausgangspunkt waren Chlorwasserstoff-Spuren, die der TGO ab 2021 in der Atmosphäre nachwies. Weil Chlorwasserstoff chemisch schnell abgebaut wird, muss er vergleichsweise frisch freigesetzt worden sein.

Eine bekannte Erklärung führt über perchlorathaltigen Staub: Im Südsommer der Südhalbkugel wirbeln Staubstürme das Material auf, höhere Temperaturen können das Perchlorat verdampfen lassen. Der allgemeine HCl-Kreislauf des Mars war während des globalen Staubsturms von 2018 erkannt worden. Nach den gängigen Modellen wird salzhaltiger Staub aufgewirbelt und mit Wasserdampf vermischt; über mehrere Reaktionen kann dabei HCl entstehen. Mineralischer Staub kann das Gas freisetzen, Eispartikel es wieder aus der Atmosphäre aufnehmen und seine Lebensdauer verkürzen. Was genau auf den Partikeln passiert, ist allerdings noch nicht geklärt.

Für Alba Mons passt dieses Muster nur bedingt. Über dem Vulkan wurden Chlorwasserstoff-Konzentrationen von bis zu 1,5 ppbv gemessen, der größte Anteil in bodennahen Luftschichten. Die Signale traten im frühen Nordsommer nahe dem Aphel auf – also in einer vergleichsweise kalten und trockenen Phase. Normalerweise werden HCl-Nachweise vor allem im wärmeren, staubigeren Südsommer beobachtet. Wiederholte Messungen bestätigten weitere Signale nördlich von Alba Mons; an anderen Orten tauchten unter vergleichbaren Bedingungen keine entsprechenden Werte auf.

Hier könnte Ihr Advertorial stehen
Ein Advertorial bietet Unternehmen die Möglichkeit, ihre Botschaft direkt im redaktionellen Umfeld zu platzieren

Gemessen wurde mit der Atmospheric Chemistry Suite (ACS), drei Infrarotspektrometern an Bord des Orbiters. Bei Sonnenokkultationsmessungen dient die Sonne als Lichtquelle: Moleküle verschlucken bestimmte Wellenlängen und hinterlassen charakteristische Spektren. Aus Messungen während Sonnenauf- und -untergangs hinter dem Mars entsteht ein Höhenprofil der Molekülverteilung. Eine einzelne Messung zeigt dabei keinen punktförmigen Austrittsort am Boden, sondern einen langen Lichtweg durch die Atmosphäre. Genau deshalb brauchte es zusätzliche Geländeaufnahmen und wiederholte Messungen.

Risse unter der Gasspur

Eine erneute Analyse lokalisierte erhöhte HCl-Konzentrationen nördlich von Alba Mons. Die Kamera CaSSIS fotografierte dort am 3. Februar 2023 eine rund 20 × 20 Kilometer große Region an der Nordflanke des Vulkans. Für die geologische Suche kombinierten die Forschenden diese Aufnahmen mit den hochauflösenden Kameras HiRISE und CTX des Mars Reconnaissance Orbiters.

Unterhalb der Gasvorkommen fanden sie Schwärme aus Dutzenden bis Hunderten schmaler Spalten. Einige sind mehrere Kilometer lang, andere teilweise mehrere hundert Meter; ihre Breite kann weniger als einen Meter betragen, oft sind es nur einige Dutzend Zentimeter. In früheren Kartierungen waren die Risse nicht zu sehen. Dass sie weiterhin gut erkennbar sind, spricht ebenfalls für ein junges Alter: Staub und saisonale Eisbildung würden schmale Spalten sonst rasch zudecken.

Einige der Brüche liegen unter Gebieten mit HCl-Signalen und durchschneiden sowohl eisreiche Deckschichten als auch polygonale Bodenstrukturen. Daraus leitete das Team ein Alter von weniger als einer Million Jahren für die Risssysteme ab. „Frisch“ bedeutet hier geologisch jung – das Aufreißen selbst wurde nicht beobachtet. Eine bestimmte Spalte konnte bislang auch nicht eindeutig als Austrittsstelle des Chlorwasserstoffs nachgewiesen werden.

Alba Mons liegt am Nordrand der Tharsis-Region. Der Vulkan ist etwa sieben Kilometer hoch und gilt flächenmäßig als größter Vulkan des Mars; seine Ausdehnung wird mit rund 3000 mal 2000 Kilometern angegeben. Als flacher Schildvulkan erstreckt er sich nach einer anderen geologischen Vermessung über etwa 1.600 Kilometer, seine Flanken steigen im Mittel nur um rund ein Grad an. Langgestreckte Brüche durchziehen das Gebiet. Entstanden ist der Vulkan durch frühere Eruptionen, später wurde er durch Spannungen in der Marskruste verformt.

Die Ausrichtung der neuen Spalten passt zu den Tantalus Fossae, besonders zur Bruchzone Phlegeton Catena. Manche Risse liegen auf langgestreckten Aufwölbungen und werden von hellen oder dunklen Ablagerungen begleitet. Helle Flecken könnten an Stellen entstanden sein, an denen Gase aus dem Untergrund austreten. Farbveränderungen erinnern an Rückstände irdischer Fumarolen. Solche Ablagerungen können dort sogar während langer Ruhephasen eines Vulkans entstehen, wenn austretende Gase mit dem Gestein reagieren.

Vulkanismus, aber kein Ausbruch

Geophysikalische Modelle und zusätzliche Daten sprechen nach Einschätzung des Teams am ehesten für weiterhin aktive vulkanische Prozesse im Marsuntergrund. Denkbar sind Magmabewegungen oder hydrothermale Aktivität. Dabei aufgerissene Spalten könnten vulkanische Gase – darunter Chlorwasserstoff – bis an die Oberfläche leiten. Einen Ausbruch hat niemand beobachtet, auch neue Lavaströme wurden bisher nicht entdeckt.

Ein mögliches Modell erklärt den merkwürdigen Jahreszeitenwechsel so: Eisreicher Untergrund wirkt als Puffer zwischen einer tieferen Gasquelle und der Atmosphäre. Im Winter hält gefrorenes Material HCl zurück, womöglich bei Temperaturen bis etwa minus 120 Grad Celsius. Wird es im Frühjahr wärmer, geht das Eis direkt in Wasserdampf über; gespeichertes Gas kann durch offene Wege entweichen. So ließe sich das saisonale Auftreten mit einer kontinuierlichen oder zeitweise aktiven Magmaquelle verbinden. Im Winter könnten die Spalten regelrecht verschlossen sein, im Frühsommer würden sie wieder „aufmachen“.

Die Forschenden prüften auch Reaktionen mit Aerosolen sowie Wechselwirkungen zwischen Atmosphäre und perchlorathaltigem Boden. Diese Alternativen erklären die starke lokale Konzentration der Signale nach der Auswertung jedoch schlechter als ein lokaler magmatischer Ursprung. Langfristige Abkühlung des Mars kann bestehende Störungen reaktivieren und Gesteinsschichten gegeneinander verschieben. Seismologische Messungen aus den Valles Marineris zeigen unabhängig davon, dass heutige Bewegungen der Marskruste weiterhin möglich sind.

Andere Untersuchungen des Marsinneren weisen auf thermische Anomalien hin, unter anderem unter dem südlichen Hochland. Diese Region ist jedoch nicht Alba Mons. Ob sich unter dem Vulkan tatsächlich eine Magmakammer befindet, muss separat geklärt werden. Die Studie behauptet also nicht, dass unter Alba Mons sicher ein brodelnder Kessel sitzt – dafür ist der Mars dann doch zu gut darin, seine Karten nicht auf den Tisch zu legen.

Wärme, Wasser und die Suche nach Leben

Aufsteigende heiße Gase könnten Eis schmelzen oder Grundwasser erwärmen. So könnten warme, potenziell lebensfreundliche hydrothermale Systeme entstehen. Auf der Erde liefern vergleichbare Umgebungen Mikroorganismen Energie und chemische Voraussetzungen zum Überleben, außerdem Schutz vor der unwirtlichen Oberfläche. Ob unter Alba Mons warmes Wasser und biologisch nutzbare Bedingungen existieren, ist offen.

Daniel Mège vom Weltraumforschungszentrum der Polnischen Akademie der Wissenschaften untersucht besonders mögliche Wechselwirkungen zwischen heißem Gestein und Wasser. Als Hinweise gelten Gase aus Wasser-Gesteins-Reaktionen, deren Herkunft sich bislang nur schwer bestimmen lässt. Ein lokaler Zusatz von Kohlendioxid wäre kaum eindeutig nachzuweisen, weil CO₂ bereits etwa 95 Prozent der Marsatmosphäre ausmacht. Auch Wasserdampf wird durch zahlreiche Austauschprozesse zwischen Boden, Eis und Atmosphäre beeinflusst. Mège und seine Kollegen versuchen deshalb, die überlagerten chemischen Signale für die Suche nach hydrothermalen Quellen auseinanderzunehmen.

In früheren