Eisschicht schützte Marsseen

Auf dem Mars gibt es zahlreiche geologische Spuren früherer Seen und Flüsse. Dennoch ist unklar, wie diese Gewässer damals trotz dünner Atmosphäre und kalten Temperaturen überdauern konnten, Jetzt liefert ein neues Modell eine mögliche Antwort – zumindest für einige der Seen des frühen Mars. Demnach könnte eine dünne, winterliche Eisschicht dazu beigetragen haben, das Wasser der Marsseen trotz frostiger Bedingungen flüssig zu halten. Die dünne Eisschicht ließ wärmendes Sonnenlicht durch, isolierte das Seewasser aber vor der Kälte und bremste den Wasserverlust durch Verdunstung, wie Planetenforscher berichten. In ihrer Simulation blieb der flache See im Gale-Krater des Mars dadurch trotz Kälte mehr als 100 Jahre lang bestehen. Sollte sich dies auch für andere Marsseen bestätigen, könnte dies erklären, wie diese Gewässer trotz frostiger Bedingungen erhalten blieben.

Der Mars war in seiner Anfangszeit wärmer als heute und könnte flüssiges Wasser in Form von Seen und Flüssen besessen haben – darauf scheinen Sedimente und Flussbett-ähnliche Landschaftsformen hinzudeuten. Umstritten ist allerdings, wie viel Wasser es einst auf dem Roten Planeten gab und wie lange es existierte. Denn die dünne Atmosphäre, die geringe Größe des Planeten und unklare Daten über sein vergangenes Klima lassen manche Planetenforscher daran zweifeln, dass unser Nachbarplanet jemals eine warme, lebensfreundliche Welt war. Stattdessen deuten viele Mars-Klimamodelle darauf hin, dass der Mars auch in seiner Anfangszeit vor mehr als 3,6 Milliarden Jahren eher trocken und kalt war. Trotzdem gibt es zahlreiche geologische Spuren früherer Gewässer auf dem Mars, darunter Indizien für Flüsse, Seen und vielleicht sogar einen Ozean.

Entwicklung eines Marssees im Modell

Auch der NASA-Rover „Curiosity“ hat bei seinen Erkundungsfahrten im marsianischen Gale-Krater eindeutige Hinweise auf einen früheren See im Krater entdeckt. Mehrere Schichten feinkörnigen Sediments legen nahe, dass dieser See mindestens vier, wahrscheinlich aber mehr als zehn Meter tief war und 1000 bis 10.000 Jahre lang bestand. „Einige Studien schlagen vor, dass flüssiges Wasser im Gale-Kratersee am längsten erhalten bliebe, wenn der See mit mehrjährigem Eis von drei bis zehn Meter Dicke bedeckt wäre, das an einen Gletscher angrenzt „, erklären Eleanor Moreland von der Rice University und ihre Kollegen. Allerdings müsste eine so dicke, dauerhafte Eisschicht deutlich erkennbare Spuren in den Sedimentschichten jener Zeit hinterlassen haben. Moreland und ihr Team favorisieren daher ein anderes Szenario: eine dünne, saisonale Eisbedeckung der Marsseen. „Wenn die Eisschicht dieser Seen nur rund 0,5 bis zwei Meter dick war und jedes Jahr aufs Neue schmolz und wieder gefror, hätte dies kaum offensichtliche stratigrafische Spuren verursacht“, erklären sie.

Um herauszufinden, unter welchen Bedingungen der Marssee so lange erhalten bleiben konnte, haben Moreland und ihre Kollegen dies in einer Modellsimulation rekonstruiert. Dafür passten sie ein für irdische Verhältnisse entwickeltes Modell an, das ursprünglich dazu gedacht war, vergangene Klimabedingungen anhand indirekter Indizien wie Baumringen oder Eiskernen zu rekonstruieren. Als Basis für ihre Marsversion nutzte das Team stattdessen Messdaten des Mars-Rovers und von Mars-Orbitersonden. In ihren 64 Modelldurchläufen simulierten sie die Entwicklung eines hypothetischen Sees im Gale-Krater über 30 Marsjahre hinweg unter verschiedenen Bedingungen des frühen Mars. Neben einer dünnen Kohlendioxid-Atmosphäre, schwachem Sonnenlicht und unterschiedlich stark ausgeprägten Jahreszeiten berücksichtigten sie dabei auch unterschiedliche Salzgehalte und Klimata.

Wintereis als Isolierschicht

Die Simulationen ergaben: Es gab tatsächlich einige Bedingungen, unter denen das Wasser des Sees im Gale-Krater flüssig bleiben konnte. Eine Schlüsselrolle spielte dabei tatsächlich eine dünne, nur saisonal vorhandene Eisdecke auf dem See. „Als unser Modell zeigte, dass solche Seen über Jahrzehnte mit nur einer dünnen, saisonal verschwindenden Eisschicht bestehen konnten, war ich begeistert“, sagt Moreland. „Denn damit haben wir vielleicht endlich einen physikalischen Mechanismus gefunden, der mit den Beobachtungsdaten vom Mars übereinstimmt.“ In den Simulationen blieb der Gale-Kratersee erhalten, wenn er im Winter von einer Eisschicht bedeckt war. „Diese saisonale Eisbedeckung verhält sich wie eine natürliche Decke für den See“, sagt Seniorautorin Kirsten Siebach von der Rice University. Das Eis isoliert das Wasser im Winter, lässt aber genug Sonnenlicht durch, um es zu erwärmen. Gleichzeitig bremste die Eisschicht die Verdunstung des Seewassers, wodurch der See trotz geringer Niederschläge kaum an Volumen verlor, wie das Team erklärt.

Nach Ansicht der Forschenden sprechen ihre Ergebnisse dafür, dass Seen nahe am Mars-Äquator durch eine solche dünne saisonale Eisschicht über Jahrzehnte und vermutlich noch weit länger bestehen konnten. Dies könnte erklären, wie solche Marsseen bei durchschnittlichen Lufttemperaturen, die einen Großteil der Zeit unter dem Gefrierpunkt lagen, über längere Zeiträume hinweg überdauerten. „Wenn sich ähnliche Muster auf dem gesamten Planeten zeigen, würden die Ergebnisse die Annahme unterstützen, dass sogar ein ziemlich kalter früher Mars ganzjährig flüssiges Wasser beherbergen konnte – eine wesentliche Voraussetzung für lebensfreundliche Umgebungen“, sagt Moreland.

Quelle: Eleanor Moreland (Rice University, Houston) et al., AGU Advances, doi: 10.1029/2025AV001891

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar