Marsvulkane als Eisquelle?

Unter der kargen Oberfläche des Mars gibt es Wassereis – selbst nahe am Äquator des Planeten. Wie diese Eisablagerungen einst entstanden sein könnten und warum sie bis heute überdauert haben, hat nun ein Forschungsteam näher untersucht. Dabei zeigte sich: Explosive Vulkanausbrüche in der Zeit vor vier bis drei Milliarden Jahren könnten enorme Mengen Wasserdampf in die Marsatmosphäre geschleudert haben. Dieser kristallisierte dort zu Eis aus und lagerte sich zusammen mit Vulkanasche auf der Oberfläche ab. Den Berechnungen zufolge hätte schon eine einzige dreitägige Eruption von Vulkanen wie Syrtis Major, den Tharsis Vulkanen oder Apollinaris Mons ausgereicht, um eine fünf Meter dicke Eisschicht in weitem Umkreis zu erzeugen. Im Modell hinterließen solche Ausbrüche genügend Wassereis, um die heutigen Beobachtungen zu erklären.

Selbst auf dem heute trockenen und kalten Mars gibt es Wassereis – und das sogar in großen Mengen. Ein Teil davon ist in den Polkappen des Roten Planeten gespeichert, der Rest liegt verborgen unter der staubigen Marsoberfläche, wie Planetenforscher im Jahr 2015 mithilfe von Radardaten von Mars-Orbitersonden entdeckt haben. Demnach enthält der Untergrund in den mittleren und niedrigen Breiten des Mars einen Überschuss an Wasserstoff und möglicherweise sogar Tausende von gletscherähnlichen Wassereis-Formationen. Besonders hohe Werte von potenziell wasseranzeigendem Wasserstoff detektierten die Marssonden im äquatornahen Gebiet um Meridiani Planum, einer Ebene mit Spuren vergangenen Wassers, sowie in der ebenfalls nahe des Marsäquators liegenden Formation Medusae Fossae. Letztere gilt wegen ihrer dicken, feinkörnigen Staubschicht als Ort möglicher vulkanischer Ascheablagerungen. „Diese Funde deuten darauf hin, dass es in den äquatornahen Regionen eine Art ‚Oase‘ mit kompakten Eisablagerungen geben könnte – ein unerwartetes Ergebnis, das bedeutende Auswirkungen für künftige menschliche Marserkundungen haben könnte“, erklären Saira Hamid von der Arizona State University und ihre Kolleginnen.

Marsvulkane als Wasserdampf-Schleudern?

Doch das wirft die Frage auf, woher dieses Eis kommt. Einer Hypothese nach könnte die früher stärkere Neigung der Marsachse die Ablagerung von Wassereis in Äquatornähe begünstigt haben. Allerdings hätte sich dieses Eis dann vorwiegend in höhergelegenen Gebieten gesammelt wie der Tharsis-Region oder dem Hochland von Tyrrhena Terra. „Diese Remobilisierung des Eises durch eine veränderte Obliquität kann daher die mögliche Präsenz von Wasser am Marsäquator nicht vollständig erklären“, so Hamid und ihr Team.
Sie sind daher einer anderen Hypothese nachgegangen: dem Mars-Vulkanismus. „Explosive Eruptionen können große Schübe von Wasserdampf bis in höhere Schichten der Atmosphäre schleudern“, erklären sie. Dort kann dieser Wasserdampf auskristallisieren und als Eis, Hagel oder Vulkanschnee wieder zu Boden fallen. Vulkanischer Hagel trat auf der Erde beispielsweise nach dem Ausbruch des Redoubt-Vulkans in Alaska im Jahr 2009 auf, vulkanische Gewitter und Regenfälle nach dem Ausbruch des Mount Pinatubo im Jahr 1991.

„Als Folge können Ablagerungen von Asche-Eis-Mischungen entstehen oder auch eine von Asche bedeckte Eisschicht“, schreiben die Forscherinnen. Sie vermuten, dass die bis heute am Marsäquator im Untergrund liegenden Wassereisreste auf ganz ähnliche vulkanische Ereignisse zurückgehen. Gestützt wird dies durch die Tatsache, dass es in der Nähe beider potenziell besonders eisreichen Regionen Vulkane gibt. Unweit von Meridiani Planum liegt der bis vor rund drei Milliarden Jahren aktive Vulkan Syrtis Major. Die Medusae Fossae sind sogar von gleich mehreren Vulkanen umgeben, darunter auch den Tharsis-Vulkanen, zusätzlich liegt der bis vor 3,5 Milliarden Jahren aktive Vulkan Apollinaris Mons direkt im Zentrum dieses Gebiets. Um herauszufinden, ob die potenziellen Wassereisvorkommen der beiden Marsregionen Meridiani Planum und Medusae Fossae vulkanischen Ursprungs sein könnten, haben Hamid und ihr Team Eruptionen benachbarter Vulkane und ihre möglichen Folgen im Modell rekonstruiert.

Meterdicke Eisablagerungen nach nur drei Tagen Eruption

„Wir haben explosive Eruptionen von Apollinaris Mons und Syrtis Major simuliert und dies zeigte, dass solche Ausbrüche meterdicke Eisablagerungen verursachen können – passend zu den wasserstoffreichen Regionen am Marsäquator“, berichten die Forscherinnen. Konkret würde beispielsweise ein Ausbruch des Marsvulkans Apollinaris Mons rund eine Million Tonnen Wasserdampf pro Sekunde in die Marsatmosphäre schleudern. Dies wäre genug, um nach drei Tagen der Eruption eine rund fünf Meter dicke Eisschicht in der Region Medusae Fossae zu hinterlassen. Wurden dann diese Eisablagerungen durch Asche und Staub zugedeckt, hätte sie dies weitgehend vor einer Sublimation geschützt, wie Hamid und ihre Kolleginnen erklären. Wenn der Vulkanausbruch gleichzeitig auch viel Schwefeldioxid ausstieß, könnte der resultierende Abkühlungseffekt durch die Schwefelaerosole die Konservierung des Eises zusätzlich begünstigt haben.

Frühe Vulkanausbrüche auf dem Mars könnten demnach entscheidend zur Verteilung von Wasser und Eis auf dem Roten Planeten beigetragen haben. „Explosive Eruptionen können als wiederkehrender Mechanismus dazu geführt haben, dass Eis zum Äquator gelangte“, schreiben Hamid und ihr Team. „Dies könnte den erhöhten Wassereisgehalt in den niedrigen Breiten des Mars erklären, unabhängig von möglicherweise veränderten Achsneigungen des Planeten.“ Spannend ist ein solches Szenario aber nicht nur für die Planetenforschung und unsere Vorstellung von der Marsgeschichte: Auch für die Marserkundung könnte dies wichtig sein. Künftige Marsastronauten könnten demnach auch in den milderen, äquatorialen Breiten womöglich Wassereis für sich und die Produktion von Raketentreibstoff finden. Vielleicht lassen sich in diesen Eisreservoiren sogar Spuren früheren mikrobiellen Lebens auf dem Mars finden – wenn es dies einst gab.

Quelle: Saira Hamid (Arizona State University, Tempe) et al., Nature Communications, doi: 10.1038/s41467-025-63518-8

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar