Seit vielen Jahren debattieren Wissenschaftler darüber, ob der frühe Mars hauptsächlich gefroren war oder ob sich darauf echte Seen befanden, in denen Wasser in der freien Luft zirkulierte. Eine neue Studie bringt nun Klarheit in diese Frage. Winzige Wellenmuster, die in marsianischen Gesteinen eingraviert sind, deuten darauf hin, dass vor etwa 3,7 Milliarden Jahren flache, eisfreie Seen im Wind wellten.

Wissenschaftliche Erkenntnisse aus dem Gale-Krater

Die Beweise stammen aus zwei Gruppen von „Wellenwellen“, die der NASA-Rover Curiosity im Gale-Krater entdeckte, einem Becken in der Nähe des Marsäquators, das seit 2012 die Heimat des Rovers ist. Diese gewundenen Muster sind jedem vertraut, der schon einmal an einem Seeufer auf der Erde spazieren gegangen ist. Sie entstehen, wenn vom Wind erzeugte Wellen das Wasser über sandige Böden hin und her bewegen, und dabei ein sich wiederholendes Muster im Sediment hinterlassen, das später zu Stein wird.

Die Wellen als Tagebuch eines Sees

Forschende unter der Leitung der Geologin Claire Mondro von Caltech beschreiben die Erkenntnisse als das bisher klarste Zeichen für stehendes Wasser auf dem Mars, das der Atmosphäre ausgesetzt war. Mondro erklärt: „Die Form der Wellen konnte nur unter Wasser entstehen, das der Atmosphäre ausgesetzt war und durch Wind beeinflusst wurde.“

Die Wellen selbst sind sehr klein und messen lediglich etwa sechs Millimeter in der Höhe, mit einem Abstand von vier bis fünf Zentimetern. Diese Maße sind entscheidend. Auf der Erde erscheinen solche feinen Wellen im Sand dort, wo die Wellen moderat und das Wasser flach ist. Mit Computer-Modellen schätzte der Mitautor Michael Lamb, dass der antike Mars-See weniger als etwa zwei Meter tief war, was ungefähr der Höhe einer Person entspricht.

Entdeckungen im Gale-Krater

Curiosity fotografierte 2022 erstmals eine Gruppe von Wellen in einem Felsen, der den Spitznamen „Prow“ trägt, in einem Bereich, der einst von vom Wind verwehten Dünen geprägt war. Eine zweite Gruppe wurde in der Nähe in einem Gesteinsband, das als Amapari-Markerband bekannt ist, entdeckt. Gemeinsam deuten diese darauf hin, dass es mindestens zwei Episoden gab, in denen sich Flüssigkeitswasser in der Landschaft des Gale-Kraters sammelte, anstatt als Eis gefangen zu bleiben.

Ein wärmeres, dickeres Klima auf dem Mars

Heute ist der Mars kalt, trocken und von einer dünnen Atmosphäre umgeben, die nicht in der Lage ist, Oberflächenwasser vor dem Einfrieren oder Verdampfen zu bewahren. Diese Wellenmuster erzählen jedoch eine andere Geschichte über die fernere Vergangenheit des Planeten. Damit flache Seen nicht zufrieren, muss die Atmosphäre einst dicker und das Klima wärmer gewesen sein, zumindest für gewisse Zeiträume.

Diese Details sind nicht nur aus Neugier über das Wetter auf anderen Planeten von Bedeutung. Klimamodelle haben debattiert, ob der frühe Mars hauptsächlich eisig mit kurzen Schmelzereignissen war oder konstanter mild mit offenem Wasser. Symmetrische Wellenmuster wie die im Gale-Krater können nur dort entstehen, wo flüssiges Wasser, Wind und Sedimente gleichzeitig agieren. Das macht sie zu einem genauen Klimaindikator und, wie es in der Studie heißt, zu „den überzeugendsten Beispielen für Wellenmuster auf einem anderen Planeten.“

Erweiterung des Fensters für mögliches Leben

Wasser ist kein Garant für Leben, jedoch eine grundlegende Voraussetzung dafür, wie wir die Biologie derzeit verstehen. Mondro merkt an: „Die Verlängerung der Zeit, in der flüssiges Wasser vorhanden war, erweitert die Möglichkeiten für mikrobielle Lebensfähigkeit weiter in die Geschichte des Mars hinein.“ Wenn die Seen im Gale-Krater länger eisfrei blieben als erwartet, hätten Mikroben mehr Zeit und stabilere Bedingungen gehabt, um zu entstehen oder zu überleben.

Bereits andere Missionen verfolgen diese Möglichkeit. Der NASA-Rover Perseverance, der in einem anderen alten Krater arbeitet, sammelt Proben von Sedimenten, die vermutlich in einem Flussdelta entstanden sind. Zukünftige Probenrückführungsmissionen könnten es Wissenschaftlern auf der Erde ermöglichen, nach organischen Molekülen oder subtilen chemischen Fingerabdrücken vergangener Mikroben zu suchen, auch in Gesteinen, die ehemalige Seen wie den jetzt identifizierten im Gale-Krater dokumentieren.

Eine Anleitung für zukünftige Erforscher

Sogar für zukünftige Astronauten endet die Geschichte mit den antiken Wellen, die im Stein eingefroren sind, nicht. Zu wissen, wo sich einst Wasser sammelte, hilft Planern, Regionen zu identifizieren, in denen verstecktes Eis oder hydrierte Mineralien noch vorhanden sein könnten. Diese Ressourcen könnten eines Tages Trinkwasser liefern, bei der Sauerstoffproduktion helfen oder sogar die Herstellung von Raketentreibstoff unterstützen, anstatt alles zu hohen Kosten von der Erde zu transportieren.

Lektionen aus einer verlorenen Seenwelt

Am Ende sind diese filigranen Muster im Marsgestein mehr als nur hübsche Texturen auf einem Roverbild. Sie erinnern daran, dass Planeten sich von wasserreich und möglicherweise bewohnbar zu trocken und feindlich entwickeln können, wenn ihre Atmosphären dünner werden und das Klima sich ändert. Für Forscher, die das Klimasystem der Erde untersuchen, bietet der Mars ein eindringliches natürliches Experiment darüber, was passiert, wenn ein Planet seinen Schutz verliert.

Derzeit erklimmt Curiosity weiterhin die geschichteten Gesteine des Gale-Krater und liest die Vergangenheit des roten Planeten, einen Aufschluss nach dem anderen. Die neue Studie in den „Science Advances“ verwandelt einen paar Zentimeter dicker gewellter Sandstein in eine kraftvolle Aufzeichnung eines verschwundenen Sees und des Klimas, das ihn vor Milliarden von Jahren am Leben hielt.

Die Studie wurde in der Zeitschrift Science Advances auf der Website Science.org veröffentlicht.