Starker Treibhauseffekt heizte den frühen Mars periodisch auf

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Der frühe Mars führte vermutlich Wasser, er gilt als potentieller Kandidat für Leben und ist als einer der erdähnlichsten Planeten immer wieder im Fokus der Wissenschaft. Forscher aus Harvard publizierten nun einen Artikel, der die Klimavorgänge des frühen Mars zu erklären versucht. 

Ob es nun wirklich früher Wasser auf dem Mars gab ist immer noch ein Rätsel. Einerseits gibt es Unmengen an geographischen Hinweisen darauf, dass Wasser in Flüssen über die Oberfläche des Planeten floss. Andererseits war es zu der Zeit, in der dieses Wasser geflossen sein soll – vor etwa drei bis vier Milliarden Jahren – viel zu kalt auf dem Mars, als dass er flüssiges Wasser hätte beherbergen können.

Der Mars ist der Erde sehr ähnlich und daher immer wieder im Fokus der Wissenschaft. Quelle: NASA

Wie es trotzdem dazu kam, haben Forscher der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Science (SEAS) untersucht. Sie publizierten ihre Ergebnisse kürzlich in einem Artikel in der Zeitschrift Geophysical Research Letters. Sie fanden heraus, dass sich der Mars periodisch aufwärmte und zwar durch einen starken Treibhauseffekt. Dieser entstand vermutlich durch Wechselwirkungen zwischen Methan, Kohlendioxid und Wasserstoff in der Atmosphäre und erwärmte den frühen Mars so stark, dass es zwischenzeitlich flüssiges Wasser geben konnte.

„Der frühe Mars ist einzigartig in der Hinsicht, dass er die eine planetare Umgebung außerhalb der Erde ist, bei der mir mit Sicherheit sagen können, dass es zumindest einige Zeiten gab, in denen das Leben erblühen konnte“, sagte Robin Wordsworth, Assistenzprofessor der Umwelt- und Ingenieurwissenschaften an der SEAS und Erstautor des Artikels. „Wenn wir verstehen, wie der frühe Mars funktionierte, dann kann er uns einiges über die Möglichkeiten erzählen, Leben auf anderen Planeten außerhalb unseres Sonnensystems zu finden.“

Vor vier Milliarden Jahren war die Sonne noch um etwa 30 Prozent schwächer als heute und somit erreichte auch die Marsoberfläche viel weniger Sonnenstrahlung. Die wenige Strahlung, die den Mars erreichte, wurde von der Atmosphäre eingefangen, was zu warmen, feuchten Zeitaltern führte. Sei Jahrzehnten schon versuchen Wissenschaftler die genauen Vorgänge dieser „Isolierung“ zu modellieren. Zunächst scheint natürlich der allseitsbekannte Übeltäter CO2 verantwortlich zu sein. Immerhin macht Kohlendioxid 95 Prozent der heutigen Marsatmosphäre aus und es ist auch auf der Erde reichlich vorhanden und als Klimakiller bekannt.

Aber CO2 alleine ist nicht für die damalige Aufheizung des Mars verantwortlich.

„Man kann Klimamodelle berechnen, in denen CO2 bis zu hundert mal mehr vorkommt als in der heutigen Marsatmosphäre und man erhält nichtmal Temperaturen, die nahe des Schmelzpunktes liegen“, sagte Wordsworth.

Es muss also noch etwas anderes mitspielen, um solch einen gewaltigen Treibhauseffekt zu erzeugen.

Die Atmosphären von terrestrischen Planeten verlieren leichtere Gase, so wie etwa Wasserstoff oder Helium, über die Zeit an den Weltraum. Um eine mögliche Erklärung für das frühe Marsklima zu finden, schauten sich Wordsworth und seine Kollegen diese flüchtigen Gase an. Genauer gesagt, schauten sie auf Methan, welches heutzutage kaum mehr eine Rolle in der Marsatmosphäre spielt (Mars Express wies 2004 Spuren von etwa 10 Teilen pro Milliarde nach).

Allerdings könnten vor Milliarden von Jahren geologische Prozesse große Mengen von Methan in die Atmosphäre freigesetzt haben. Dieses Methan wurde dann langsam zu Wasserstoff und anderen Gasen, ein Vorgang ähnlich dem Heutigen auf dem Saturnmond Titan.

Das Forscherteam muss die wesentlichen Eigenschaften dieser Moleküle verstehen, um nachvollziehen zu können, wie die frühe Marsatmosphäre sich verhielt.

„Wenn man sich exotische Amtosphären ansieht, kann man diese nicht mit der der Erde vergleichen,“ sagte Wordsworth. „Man muss ganz von vorne anfangen. Also schauten wir uns an, was passiert wenn Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid kollidieren und wie sie mit Photonen wechselwirken. Wir fanden heraus, dass diese Kombination zu einer sehr starken Aufnahme von Strahlung führt.“

1977 schon spekulierte Carl Sagan als Erster, dass Aufwärmen durch Wasserstoff wichtig für den frühen Mars war. Aber dies ist das erste Mal, dass Wissenschaftler den resultierenden Treibhauseffekt exakt berechnen konnten. Es ist außerdem das erste Mal, dass Methan als Klimagas auf dem frühen Mars identifiziert werden konnte.

„Diese Forschung zeigt, dass die Erwärmungseffekte von Methan und Wasserstoff bisher unterschätzt waren“, sagte Wordsworth. „Wir konnten beweisen, dass Methan und Wasserstoff und ihre Wechselwirkung mit Kohlenstoff viel besser darin waren, den frühen Mars zu erwärmen, als bisher gedacht wurde.“

Die Forscher hoffen, dass künftige Missionen zum Mars die geologischen Prozesse die das viele Methan produzierten, weiter untersucht werden können.

„Eine der Gründe warum der Mars so interessant ist, sind die komplexen chemischen Vorgänge, die Leben zum entstehen braucht“, so Wordsworth. „Diese Episoden von flüchtigen Gasemmisionen gefolgt von Oxidierung des Planeten können günstige Gegebenheiten für Leben auf dem Mars hervorgebracht haben.“

Nichtsdestotrotz zeigt diese Forschung auch, dass das Klimagas Methan nicht zu unterschätzen ist, sondern besonders in Kombination mit CO2 zu einem rasanten Aufwärmen der Erde führen kann.

 

Wissenschaftlicher Artikel: R. Wordsworth, Y. Kalugina, S. Lokshtanov, A. Vigasin, B. Ehlmann, J. Head, C. Sanders, H. Wang. Transient reducing greenhouse warming on early Mars. Geophysical Research Letters, 2017; DOI: 10.1002/2016GL071766

Quelle: Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. „Bursts of methane may have warmed early Mars: Findings may help in search for life in the universe.“ ScienceDaily. ScienceDaily, 24 January 2017. <www.sciencedaily.com/releases/2017/01/170124140821.htm>.

 

 

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Shari van Treeck

Shari van Treeck, 29, hat BSc Geophysik und Meteorologie und MSc Physik der Erde und Atmosphäre mit dem Schwerpunkt Weltraumgeophysik an der Universität zu Köln studiert. Seit 2015 ist sie Doktorandin im Sonderforschungsbereich Transregio 32 an der Universität Bonn in der angewandten Geophysik.