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Megatsunami auf dem Mars

Einschlag vor 3,4 Milliarden Jahren löste Flutwelle auf der marsianischen Nordhalbkugel aus

Marsozean
Der frühe Mars könnte mindestens zwei Megatsunamis durchlebt haben – Asteroiden-Einschläge in flache marsianische Urzeit-Meer waren die Auslöser. © ESO/ M. Kornmesser

Urzeitliche Katastrophe: Vor rund 3,4 Milliarden Jahren könnten Teile des Mars von einem bis zu 250 Meter hohen Megatsunami überflutet worden sein. Auslöser für diese Katastrophe war ein Asteroiden-Einschlag – ähnlich dem am Ende der irdischen Kreidezeit, wie Planetenforscher ermittelt haben. Der Impakt in das flache Wasser des marsianischen Nordozeans hinterließ Flutspuren, die bis zu den Landeplätzen der NASA-Sonden Viking und Pathfinder reichten, berichtet das Team in „Scientific Reports“.

Der Mars war in seiner Frühzeit nicht nur deutlich wärmer und feuchter als heute. Seine nördlichen Tiefebenen waren vermutlich sogar von einem flachen Ozean bedeckt. Dieses marsianische Nordmeer könnte anfangs rund 20 Prozent der Planetenoberfläche bedeckt haben, schwand dann aber relativ schnell dahin. Indizien dafür liefern unter anderem Spuren urzeitlicher Flussmündungen und Küstenlinien am Rand der Senke Chryse Planitia.

Chryse Planitia
Der einstige Marsozean erstreckte sich bis an den Rand der Tiefebene Chryse Planitia. © NASA/GSFC/Kaynouky

Zwei marsianische Urzeit-Tsunamis

Doch das ist nicht alles: In seiner Frühzeit könnte es auf dem Mars auch katastrophale Tsunamis gegeben haben – ausgelöst durch die Einschläge großer Asteroiden. Erste Hinweise auf zwei solcher Megatsunamis entdeckten Forschende vor einigen Jahren. Demnach überfluteten diese Tsunamis vor 3,4 und drei Milliarden Jahren bis zu eine Million Quadratkilometer der damaligen Küstengebiete von Chryse Planitia und Arabia Terra. Die Flutwellen könnten stellenweise gut 500 Kilometer weit ins Land hinein gedrungen sein.

Als möglichen Urheber für den jüngeren dieser beiden Mars-Tsunamis wurde im Jahr 2019 der Lomonossow-Krater identifiziert. Der flache Rand und die Erosionsspuren dieses rund 120 Kilometer großen Kraters sprechen dafür, dass dort ein Asteroid in flachem Wasser einschlug. „Doch die Ursache des älteren Megatsunamis blieb bislang ungeklärt“, berichten Alexis Rodriguez vom Planetary Science Institute in Tucson und seine Kollegen.

Deutliche Überflutungsspuren

Für ihre Studie haben die Planetenforscher deshalb neue Daten und Aufnahmen mehrerer Mars-Raumsonden der Chryse-Planitia-Region ausgewertet. Anhand der hochauflösenden geologischen Karten und Höhenmodelle suchten sie nach Landschaftsformen, die auf Überflutungen zur Zeit dieses Tsunamis hindeuten und nach Indizien für die damalige Flussrichtung des Wassers wie beispielsweise stromlinienförmig erodierte Hochplateaus.

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„Unsere Kartierung zeigt eine 1.300 Kilometer lange Zone von Kasei Valles im Nordwesten bis Ares Valles im Südosten von Chryse Planitia, deren Landschaft von katastrophalen Überflutungen geprägt ist“, berichten Rodriguez und seine Kollegen. Die Ausläufer dieser Überflutungsgebiete reichen bis zu den Landeplätzen der NASA-Raumsonden Viking 1 und Pathfinder und erklären einige der von diesen fotografierten Gerölle und Strömungsspuren.

Simulation
Meeres-Ausdehnung (blau) vor 3,4 Milliarden Jahren und durch den Megatsunami geflutete Flächen (rot). © Rodriguez et al./ Scientific Reports, CC-by 4.0

110 Kilometer großer Pohl-Krater als „Ground Zero“

Das Entscheidende jedoch: Anhand der Ausrichtung der Flutspuren konnten die Planetenforscher den Weg der Flutwellen bis zu ihrem Ursprung zurückverfolgen – dem Einschlagskrater. Auslöser des Megatsunamis war demnach der Asteroideneinschlag, der vor rund 3,4 Milliarden Jahren den rund 110 Kilometer großen Pohl-Krater in Chryse Planitia hinterließ. „Pohl ist unseren Daten zufolge der einzige Krater, der seiner regionalen Stratigrafie nach den älteren Megatsunami ausgelöst haben könnte“, erklärt das Team.

Die flache Form des Pohl-Kraters, seine Lage und die Erosionsspuren seiner Umgebung sprechen nach Angaben der Forschenden dafür, dass er durch einen Einschlag im damaligen Marsmeer entstand. Der auslösende Asteroid muss damals erst eine etwa 200 Meter tiefe Wasserschicht durchschlagen haben, bevor er auf dem Untergrund auftraf. „Auch die stratigrafischen Beziehungen sprechen dafür, dass ein mariner Einschlag diesen Krater bildete“, berichten Rodriguez und seine Kollegen.

„Der Pohl-Krater ist in gleich mehrerer Hinsicht außergewöhnlich: Er sitzt auf riesigen fluvialen Landschaften, die durch ozeanerzeugende Sturzfluten erschaffen wurden und er ist teilweise von den Ablagerungen eines zweiten Megatsunami bedeckt“, erklärt Rodriguez‘ Kollege Anthony Lopez. „Daher wissen wir, dass er nach der Bildung des Ozeans und vor seinem Verschwinden entstanden sein muss.“

Wie groß war der Asteroid?

Wie groß der Asteroid bei diesem Einschlag gewesen sein muss und ob sein Impakt tatsächlich den Megatsunami verursacht haben könnte, rekonstruierten die Wissenschaftler dann mithilfe einer Simulation. Sie ergab: Wenn der Untergrund des urzeitlichen Marsozeans sehr fest und dicht war, müsste der Asteroid rund neun Kilometer groß gewesen sein, um den Krater zu erzeugen. Sein Einschlag hätte die Energie von rund 13 Millionen Megatonnen TNT freigesetzt.

Wenn der Meeresgrund des einstigen Marsmeeres dagegen eher weich und nachgiebig war, hätte für die Bildung des Pohl-Kraters ein rund drei Kilometer großer Asteroid ausgereicht. Er hätte beim Einschlag die Energie von rund 0,5 Millionen Megatonnen TNT freigesetzt. In beiden Fällen wäre der Einschlag aber schwerwiegend genug, um den Megatsunami auszulösen. „Die Simulation zeigt, dass dieser Megatsunami gewaltig war, hochgradig turbulent und mit einer Anfangshöhe der Flutwelle von rund 250 Metern“, berichtet Koautor Darrel Robertson vom Ames Research Center der NASA.

Parallelen zum Chicxulub-Einschlag

Interessant auch: Dieser urzeitliche Marseinschlag hatte einige Ähnlichkeit mit dem Impakt, der die Erde vor 66 Millionen Jahren traf und die Ära der Dinosaurier beendete: „Der Chicxulub-Einschlag“ ist ein irdisches Analogon zum Pohl-Impakt auf dem Mars“, erklären Rodriguez und seine Kollegen. Denn beide Asteroiden schlugen in einem flachen Meeresgebiet mit rund 200 Meter Wassertiefe ein, erzeugten einen primären Krater von rund 100 Kilometer Durchmesser und verursachten ähnliche Megatsunamis. (Scientific Reports, 2022; doi: 10.1038/s41598-022-18082-2)

Quelle: Scientific Reports

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