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Samstag, 03.12.2016
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Mars-Atmosphäre war einst sauerstoffreich

Nachweis von Manganoxiden im Untergrund spricht für urzeitlichen Sauerstoffschub

Der Rote Planet sorgt erneut für Überraschungen: Daten des NASA-Marsrovers Curiosity deuten darauf hin, dass die Mars-Atmosphäre früher doch freien Sauerstoff enthielt. Denn der Rover hat Manganoxide im Untergrund des Roten Planeten nachgewiesen – einer Verbindung, die nur unter sauerstoffreichen Bedingungen entsteht. Das aber heißt, dass der Mars auch in puncto Atmosphäre einst viel erdähnlicher war als heute.
Die Marsatmosphäre: Heute besteht sie zu knapp 96 Prozent aus CO2, Sauerstoff kommt nur in kleinsten Spuren vor.

Die Marsatmosphäre: Heute besteht sie zu knapp 96 Prozent aus CO2, Sauerstoff kommt nur in kleinsten Spuren vor.

Der Rote Planet war früher eine deutlich lebensfreundlichere Welt: In seiner wärmeren Anfangszeit gab es auf dem Mars schnellfließende Flüsse, Seen und vielleicht sogar einen großen Ozean.
Auch die Marsatmosphäre könnte damals dichter gewesen sein als heute und vielleicht mehr Stickstoff enthalten haben.

Jetzt hat der NASA-Marsrover Curiosity Hinweise darauf entdeckt, dass die frühe Atmosphäre des Roten Planeten sogar relativ sauerstoffreich gewesen sein muss. Indizien dafür liefern chemische Analysen von Gesteinsadern in der Kimberly Region des Gale Crater. In wiedergefüllten Rissen im Untergrund wies die ChemCam des Rovers Manganoxid nach.

Manganoxid als Sauerstoffanzeiger


"Die einzigen Wege, auf denen Manganoxid auf der Erde entsteht, ist entweder durch Mikroben oder durch atmosphärischen Sauerstoff", erklärt Nina Lanza vom Los Alamos National Laboratory in New Mexico. Auf der Erde bildeten sich größere Vorkommen von Manganoxiden daher erst, als vor rund drei Milliarden Jahren die ersten Fotosynthese treibenden Algen Sauerstoff produzierten und die Uratmosphäre dadurch sauerstoffreich wurde.


Nach gängigem Wissen gab und gibt es auf dem Mars jedoch weder Mikroben noch nennenswerte Mengen an atmosphärischem Sauerstoff. "Die frühe Marsatmosphäre und seine Umwelt hat man lange für reduzierend gehalten", sagt Lanza. "Erst allmählich soll sich diese urzeitliche Gashülle dann den heutigen, leicht oxidierenden Verhältnissen angenähert haben."

Marsrover Curiosity fand das Manganoxid bei der Analyse von Gesteinsproben, die er mittels Bohrer aus dem Untergreund holte.

Marsrover Curiosity fand das Manganoxid bei der Analyse von Gesteinsproben, die er mittels Bohrer aus dem Untergreund holte.

Sauerstoff-Schub in der marsianischen Urzeit


Die Entdeckung des Manganoxids zeichnet nun ein anderes Bild: "Diese Manganverbindungen können nur entstehen, wenn es reichlich Wasser gibt und noch dazu stark oxidierende Bedingungen", erklärt Lanza. Das spreche dafür, dass die Marsatmosphäre einst sehr viel mehr freien Sauerstoff enthielt als heute. Erst später dann sank der Sauerstoffgehalt dann wieder auf heutige Werte ab.

Gestützt wird dieser urzeitliche Sauerstoffschub des Mars durch Isotopenanalysen von Marsmeteoriten, deren Ergebnisse auf die Präsenz von Ozon und damit dreiatomigem Sauerstoff in der Gashülle des Mars hindeuten. Zudem hat auch der Marsrover Opportunity vor kurzem ebenfalls Manganoxid-Vorkommen entdeckt – tausende Kilometer vom Gale Crater entfernt.

Strahlung und Wasser als Sauerstofflieferanten?


Aber wo könnte der Sauerstoff einst hergekommen sein? Blaualgen wie auf der Erde gab es nach bisherigen Erkenntnissen auf dem jungen Mars nicht. Nach Ansicht der Forscher könnte das Atemgas aber auch abiotisch entstanden sein: "Eine Möglichkeit wäre durch den Zerfall von Wasser in der Zeit, als der Mars sein Magnetfeld verlor", sagt Lanza. Denn im Gegensatz zur Erde besitzt der Rote Planet kein planetenumspannendes Magnetfeld mehr. Relikte eines früheren Magnetschilds sind nur noch in einigen Regionen der Südhalbkugel zu finden.

Als das Magnetfeld rund 500 Millionen Jahre nach der Marsentstehung nachließ, konnte kosmische Strahlung bis zur Oberfläche des Planeten durchdringen. Dort spaltete die energiereiche, ionisierende Strahlung Wassermoleküle in Wasserstoff und Sauerstoff. Der leichte Wasserstoff verflüchtigte sich aufgrund der geringeren Schwerkraft des Mars ins All, der schwerere Sauerstoff aber könnte sich in der Atmosphäre angereichert haben – so das Szenario der Forscher.

Spannend auch für Exoplaneten


"Es ist bisher schwer zu belegen, ob sich dieses Szenario tatsächlich so ereignet hat", betont Lanza. "Aber es wichtig ist, dass wir mit dieser Idee unser Verständnis dessen erweitern, wie Planetenatmosphären sauerstoffreich werden können." Denn sollte sich das Szenario bestätigen, dann könnten beispielsweise auch Exoplaneten Sauerstoff-Hüllen besitzen, ohne dass dies gleich ein Zeichen für Leben sein muss.

Der Mars jedoch profitierte nicht lange von seiner lebensfreundlicheren, sauerstoffreichen Atmosphäre: Der freie Sauerstoff reagierte mit den Gesteinen der Oberfläche und bildete Oxide, darunter das für die rötliche Färbung verantwortliche Eisenoxid, aber auch die jetzt entdeckten Manganoxide. Als Folge sank der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre wieder ab. (Geophysical Research Letters, 2016; doi: 10.1002/2016GL069109)
(NASA/JPL, 29.06.2016 - NPO)
 
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