Explosive Vulkane haben mysteriöse Marsformationen hervorgebracht

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Explosive Vulkanausbrüche, die heiße Asche, Gesteine und Gase in den Himmel schießen, sind die Quelle einer mysteriösen Marssteinformation, wie eine neue Studie zeigt. Der neue Befund könnte das Verständnis der Wissenschaftler für das Innere des Mars und sein früheres Bewohnbarkeitspotential erweitern, so die Autoren der Studie.

Die Medusae Fossae Formation ist eine massive, ungewöhnliche Ablagerung von weichem Gestein in der Nähe des Äquators des Mars mit welligen Hügeln. Wissenschaftler beobachteten erstmalig die Medusae Fossae mit der Mariner-Raumsonde der NASA in den 1960er Jahren, waren aber perplex darüber, wie sie sich gebildet hat.

Jetzt deuten neue Forschungen darauf hin, dass die Formation vor mehr als 3 Milliarden Jahren während explosiver Vulkanausbrüche auf dem Roten Planeten abgelagert wurde. Die Formation ist ungefähr ein Fünftel so groß wie die kontinentalen Vereinigten Staaten und 100 Mal massenreicher als die größte explosive vulkanische Lagerstätte auf der Erde, was sie laut den Autoren der Studie zur größten bekannten explosiven vulkanischen Lagerstätte im Sonnensystem macht.

“Dies ist eine massive Lagerstätte, nicht nur im Marsmaßstab, sondern auch im Hinblick auf das Sonnensystem, da wir keine andere Lagerstätte wie diese kennen”, sagte Lujendra Ojha, ein planetarischer Wissenschaftler an der Johns Hopkins Universität in Baltimore und Hauptautor der neuen Studie, die im Journal of Geophysical Research: Planets veröffentlicht wurde.

Die Bildung der Medusen Fossae hätte, laut den Autoren der Studie, einen Wendepunkt in der Geschichte des Mars markiert. Die Eruptionen, die die Lagerstätte bildeten, hätten riesige Mengen klimarelevanter Gase in die Atmosphäre des Mars gespült und genug Wasser ausgestoßen, um den Mars in einem mehr als 9 Zentimeter dicken Ozean zu bedecken, sagte Ojha.

Treibhausgase, die während der Eruptionen der Medusa Fossae freigesetzt wurden, könnten die Oberfläche des Mars so erwärmt haben, dass Wasser an seiner Oberfläche flüssig geblieben wäre. Toxische vulkanische Gase wie Schwefelwasserstoff und Schwefeldioxid hätten jedoch die Chemie der Oberfläche und Atmosphäre des Mars verändert. Beide Prozesse hätten das Potenzial des Mars für die Bewohnbarkeit beeinflusst, sagte Ojha.

Genesebestimmung der Formation

Ein isolierter Hügel in der Medusae Fossae Formation. Die Wirkung der Winderosion auf diesen Hügel zeigt sich in seiner stromlinienförmigen Form. © High Resolution Stereo Camera/European Space Agency.

Die Medusae Fossae-Formation besteht aus Hügeln, die aus Sedimentgestein bestehen und den Äquator des Mars überspannen. Wissenschaftler kennen die Medusae Fossae seit Jahrzehnten, waren sich jedoch nicht sicher, ob Wind, Wasser, Eis oder Vulkanausbrüche für die Gesteinsablagerungen verantwortlich waren.

 

Frühere Radarmessungen der Marsoberfläche legten nahe, dass die Medusen Fossae eine ungewöhnliche Zusammensetzung aufwiesen, aber die Wissenschaftler konnten nicht feststellen, ob sie aus hochporösem Gestein oder einer Mischung aus Gestein und Eis bestanden. In der neuen Studie verwendeten Ojha und ein Kollege Gravitationsdaten von verschiedenen Mars-Raumsonden, um erstmals die Dichte der Medusa Fossae zu messen. Sie fanden heraus, dass das Gestein ungewöhnlich porös ist. Es ist etwa zwei Drittel so dicht wie der Rest der Marskruste. Sie verwendeten auch Radar- und Gravitationsdaten in Kombination, um zu zeigen, dass die Dichte der Medusen Fossae nicht durch das Vorhandensein von Eis erklärt werden kann, da es viel weniger dicht ist als das untersuchte Gestein.

Weil das Gestein so durchlässig ist, musste es laut den Forschern durch explosive Vulkanausbrüche abgelagert worden sein. Vulkane brechen teilweise aus, weil Gase wie Kohlendioxid und Wasserdampf, die in Magma gelöst sind, das geschmolzene Gestein zwingen, an die Oberfläche zu steigen. Magma, das viel Gas enthält, explodiert himmelwärts und schießt Aschen und Gesteinsbrocken in die Atmosphäre. Die Asche von diesen Explosionen stürzt auf den Boden und fließt bergab. Nachdem genug Zeit vergangen ist, zementiert die Asche in den Felsen, und Ojha vermutet, dass dies die Medusen Fossae bildete. Die Hälfte des weichen Gesteins, das ursprünglich während der Eruptionen abgelagert wurde, hat sich abgetragen und hinterlässt die Hügel und Täler, die heute in den Medusen Fossae zu sehen sind.

Den inneren Aufbau verstehen

Die neuen Erkenntnisse legen nahe, dass das Innere des Mars komplexer ist, als die Wissenschaftler ursprünglich dachten, so Ojha. Wissenschaftler wissen, dass Mars in seiner Kruste etwas Wasser und Kohlendioxid enthält, das explosive Vulkanausbrüche auf seiner Oberfläche ermöglicht, aber das Innere des Planeten hätte riesige Mengen flüchtiger Gase – Substanzen, die bei niedrigen Temperaturen zu Gas werden – benötigt, um eine Lagerstätte von dieser Größe zu schaffen, sagte er.

“Wenn Sie die Medusae Fossae global verteilen würden, wäre das eine 9,7 Meter dicke Schicht.” Ojha sagte. “Angesichts der schieren Größenordnung dieser Lagerstätte ist es wirklich unglaublich, denn es bedeutet, dass das Magma nicht nur reich an flüchtigen Stoffen war, sondern auch, dass es für lange Zeit volatil-reich sein musste.”

Die neue Studie zeigt laut Kevin Lewis, einem planetaren Wissenschaftler an der Johns Hopkins University und Co-Autor der neuen Studie, das Versprechen von Gravitätsuntersuchungen bei der Interpretation der Rock-Daten von Mars. “Zukünftige Gravitätsuntersuchungen könnten helfen, zwischen Eis, Sedimenten und magmatischen Gesteinen in der oberen Erdkruste zu unterscheiden”, sagte Lewis.

 

Artikel:

American Geophysical Union; Explosive volcanoes spawned mysterious Martian rock formation; June 18, 2018

Journal Reference:

Lujendra Ojha, Kevin Lewis. The Density of the Medusae Fossae Formation: Implications for its Composition, Origin, and Importance in Martian History. Journal of Geophysical Research: Planets, 2018; DOI: 10.1029/2018JE005565

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