Wasser auf dem Mars: Über 4 Milliarden Jahre alter Meteorit liefert neuen Hinweis

Der Mars ist heute ein kalter und trockener Planet, doch seine Gesteine enthalten Spuren einer anderen Vergangenheit. In einem Meteoriten vom Roten Planeten haben Forscher nun größere wasserstoffreiche Bereiche entdeckt, die auf frühe Reaktionen zwischen Wasser und Marsgestein zurückgehen. Das untersuchte Material stammt aus der sehr alten Marskruste und enthält Bestandteile, die bis zu 4,48 Milliarden Jahre alt sind.

Untersucht wurde der Marsmeteorit NWA 7034, besser bekannt als „Black Beauty“. Ein internationales Forschungsteam aus Dänemark, Schweden und der Schweiz analysierte ein nur 12 × 8 × 2 Millimeter großes Stück davon. Beteiligt war auch das Paul Scherrer Institut (PSI). Die Studie erschien im Fachjournal Geophysical Research Letters. Die Forscher kombinierten mehrere bildgebende Verfahren und konnten dadurch erstmals größere wasserstoffreiche Bereiche im Inneren des Meteoriten dreidimensional erfassen, ohne die Probe zu zerstören.

Winzige Bereiche speichern ungewöhnlich viel Wasserstoff

Die auffälligen Bereiche machen nur rund 0,4 Prozent der untersuchten Probe aus. Dennoch steckt dort etwa elf Prozent des gesamten Wassergehalts des Meteoriten. Insgesamt enthält NWA 7034 rund 6000 ppm Wasser, also etwa 0,6 Gewichtsprozent.

Dabei handelt es sich nicht um flüssiges Wasser, das im Inneren des Meteoriten eingeschlossen wäre. Der Wasserstoff steckt chemisch gebunden in Mineralen. Frühere Analysen sprechen dafür, dass er überwiegend in Form von OH-Gruppen vorkommt. Unter dieser Annahme erreichen einzelne wasserstoffreiche Bereiche bis zu 15 Gewichtsprozent OH. Bei einer anderen chemischen Bindungsform fällt der errechnete Wert niedriger aus.

Wasser auf dem Mars steckt in wasserstoffreichen Eisenmineralen

Für die Untersuchung nutzten die Forscher Neutronen- und Röntgentomografie sowie eine Röntgenbeugungstomografie. Neutronen reagieren sehr empfindlich auf Wasserstoff, während Röntgenstrahlen vor allem dichtere und schwerere Bestandteile des Gesteins abbilden. Aus der Kombination entstand eine dreidimensionale Karte des Meteoriteninneren.

Dabei trennten sich mehrere Materialgruppen voneinander ab:

• Feldspäte dämpften sowohl Neutronen als auch Röntgenstrahlen nur schwach.
• Eisen-Titan-Oxide traten als kleine Körner in der Probe auf und machten etwa drei Volumenprozent aus.
• Die wasserstoffreichen Eisen-Oxyhydroxide lagen dagegen in wenigen, deutlich abgegrenzten Ansammlungen.
• Die drei größten dieser Bereiche erreichten Ausmaße von mehreren Hundert Mikrometern.

Diese Zonen lagen vor allem in alten magmatischen Gesteinsfragmenten. Dort fanden die Forscher unter anderem Magnetit beziehungsweise Maghemit, Ilmenit und Rutil. „Wir identifizieren wasserstoffreiche Eisen-Oxyhydroxide innerhalb alter magmatischer Gesteinsfragmente, die ein makroskopisches mineralogisches Wasserreservoir darstellen“, schreiben die Autoren.

Wasser veränderte Eisenminerale tief im Marsgestein

Die Zusammensetzung dieser Bereiche spricht dafür, dass Wasser einst mit dem Gestein reagierte und eisenhaltige Minerale veränderte. Welche Mineralphase den größten Anteil des Wasserstoffs trägt, lässt sich bislang nicht eindeutig bestimmen. Maghemit allein reicht nach den Berechnungen nicht aus, um die gemessenen Mengen zu erklären.

Hinzu kommen Hinweise auf sehr kleine, schwach kristallisierte Mineralphasen. Als mögliche Kandidaten diskutieren die Forscher Goethit und Ferrihydrit. Beide können bei der Veränderung eisenreicher Minerale entstehen und Wasserstoff in ihrer Struktur aufnehmen. Auch die starke Streuung der Röntgenstrahlen in diesen Bereichen passt zu sehr feinen Strukturen im Nanometerbereich.

Ähnliche Minerale fanden Rover auch im Jezero-Krater

Interessant ist der Vergleich mit dem Jezero-Krater, den der Marsrover Perseverance untersucht. Dort kommen in vulkanischen Gesteinen ebenfalls Eisen-Titan-Oxide vor, dazu sekundäre Eisen-Oxyhydroxide. Mehrere von Perseverance eingesammelte Proben enthalten vergleichbare Mineralgruppen.

Die Ähnlichkeit spricht nach Einschätzung der Forscher dafür, dass solche Wasser-Gesteins-Reaktionen auf dem frühen Mars weiter verbreitet gewesen sein könnten. „Diese Alterungsprodukte ähneln stark jenen, die der Perseverance-Rover im Jezero-Krater beobachtet hat“, schreiben sie. Daraus ergibt sich die Möglichkeit, dass wasserhaltige Mineralphasen einst einen verbreiteten oberflächennahen Wasserspeicher bildeten.

4,48 Milliarden Jahre altes Marsgestein trägt Spuren von Wasser

NWA 7034 gehört zu den ungewöhnlichsten Marsmeteoriten. Er besteht aus Bruchstücken verschiedener Gesteine, die bei Einschlägen zertrümmert, vermischt und später wieder zusammengefügt wurden. Einige darin enthaltene Zirkone kristallisierten vor bis zu 4,48 Milliarden Jahren.

Das Alter bezieht sich allerdings auf Bestandteile des Gesteins und nicht unmittelbar auf die jetzt gefundenen wasserhaltigen Minerale. Wann die Wasser-Gesteins-Reaktionen stattfanden, lässt sich aus den neuen Messungen nicht auf ein einzelnes Datum festlegen. Sie liefern jedoch einen weiteren Hinweis darauf, dass Wasser sehr früh Teile der Marskruste chemisch verändert hat.

Kurz zusammengefasst:

• Der Marsmeteorit „Black Beauty“ enthält wasserstoffreiche Bereiche in sehr altem Gestein der Marskruste.
• Diese Bereiche machen nur rund 0,4 Prozent des untersuchten Volumens aus, tragen aber etwa elf Prozent zum Wassergehalt der Probe bei.
• Ähnliche Minerale fand Perseverance im Jezero-Krater, was für weiter verbreitete Wasser-Gesteins-Reaktionen auf dem frühen Mars spricht.

Übrigens: Wasser war offenbar nicht das Einzige, was den jungen Mars prägte – tief unter seiner Kruste könnten einst gewaltige Magmasysteme gearbeitet haben. Mehr dazu in unserem Artikel.

Bild: ©  European Space Agency (ESA) / ESA & MPS for OSIRIS Team MPS/UPD/LAM/IAA/RSSD/INTA/UPM/DASP/IDA via Wikimedia unter CC BY-SA 3.0 IGO