Magmasysteme: Mars war der Erde ähnlicher als gedacht

Unter der kargen rostfarbenen Oberfläche des Roten Planeten liegt offenbar eine wilde Vergangenheit. Eine neue Entdeckung auf dem Mars deutet darauf hin, dass tief in seinem Inneren einst gewaltige Magmasysteme arbeiteten. Ein Forschungsteam der University of Oxford schreibt in einer Veröffentlichung des Fachjournals Nature Astronomy über Hinweise auf eine dichte Gesteinsschicht in rund 24 Kilometern Tiefe. Sie könnte ein Überbleibsel früherer Schmelzprozesse sein.

Auf unserem Planeten treiben schwimmende Platten die ständige Erneuerung der Kruste an, auf der wir leben. Die Vulkane auf der Erde kann man sich wie riesige Ventile vorstellen, die den Überdruck aus dem flüssigen Erdinneren in Form vom Lava und Gasen ablassen. Unsere Gebirge sind nichts anderes als gigantische Aufwerfungen, die beim Zusammenstoß dieser Erdplatten entstanden sind. Der Mars gilt vergleichsweise als geologisch simpel. Seine Außenhaut besteht nicht aus wandernden Platten. Ohne diese sogenannte Plattentektonik schien der Mars eher wie eine relativ starre Kugel mit riesigen Einzelvulkanen. Doch die neuen Daten zeichnen ein anderes Bild.

Was der Fund tief unter der Mars-Kruste verrät

Die Hinweise auf den einst flüssigen Kern des Mars stammen von der NASA-Mission InSight. Ein sogenannter Lander, eine Raumsonde, setzte 2018 das erste Seismometer auf dem Mars ab. Das Instrument registrierte Erschütterungen durch Marsbeben und Meteoriteneinschläge. Solche Wellen laufen durch den Planeten und verändern je nach Gestein ihre Geschwindigkeit. Daraus entstand eine Art Ultraschallbild des Marsinneren.

Auffällig war eine Grenze in etwa 24,5 Kilometern Tiefe. Oberhalb davon passt das Signal eher zu basaltähnlichem Gestein. Unterhalb sprechen die Daten für ultramafisches Gestein. Dieses Material enthält viel Eisen und Magnesium und weniger Silizium. Die eigentliche Grenze zwischen Kruste und Mantel liegt nach mehreren Modellen tiefer, bei rund 38 Kilometern. Dazwischen könnte also eine etwa 14 Kilometer dicke Zone sitzen.

Warum diese Mars-Entdeckung alte Theorien wackeln lässt

Diese Zone ist der Kern der neuen Deutung. Sie könnte entstanden sein, indem geschmolzenes Gestein tief unter der Oberfläche stockte und sich langsam trennte. Schwere Kristalle sammelten sich unten. Leichteres Magma stieg in höhere Bereiche der Kruste. Auf der Erde laufen ähnliche Prozesse unter Vulkanbögen, auch vulkanische Bögen genannt. Das sind langgestreckte, bogenförmige Ketten von Vulkanen, die typischerweise an Subduktionszonen entstehen, also dort, wo zwei tektonische Erdplatten kollidieren und eine Platte unter die andere gedrückt wird.

Der Mars wäre damit kein Planet gewesen, auf dem Lava nur gelegentlich aus einzelnen Vulkanen floss. In seinem Inneren könnten Magmakörper über viele Tiefen verbunden gewesen sein. Fachleute nennen das transkrustalen Magmatismus. Gemeint ist ein System, das von der unteren Kruste bis in flachere Magmaspeicher reicht. Dort kann Gesteinsschmelze abkühlen, Kristalle bilden und sich chemisch verändern.

Tief im Inneren des Mars arbeitete Magma

Erstautor Tobermory Mackay-Champion erklärt: „Wir sind traditionell davon ausgegangen, dass Vulkanismus auf dem Mars im Vergleich zur Erde relativ einfach war.“ Die neue Deutung führt in eine andere Richtung. Der Mars könnte demnach „massive, langlebige Magmasysteme“ gehabt haben, in denen geschmolzenes Gestein durch die Kruste wanderte und immer wieder umgearbeitet wurde.

Normale Wärme im Mars hätte dafür wahrscheinlich nicht gereicht. Die Berechnungen deuten auf zusätzlichen Wärmenachschub hin. Vermutlich stieg heißes Material aus dem Mantel auf. Solche Aufwölbungen bringen frisches Magma in die tiefe Kruste. Das Magma heizt umliegendes Gestein auf, verändert seine Zusammensetzung und liefert neues Material für weitere Schmelzprozesse.

Was dies für Leben auf dem Mars bedeutet

Für die Suche nach Leben auf dem roten Planeten ist das spannend, aber kein Beweis. Die Entdeckung liefert keine Fossilien, keine Mikroben und keine organischen Spuren. Sie verändert eher die geologische Ausgangslage. Langlebige Magmasysteme beeinflussen Wärme, Wasser, Gase und die chemische Entwicklung einer Planetenkruste. Diese Faktoren gehören zu den Bedingungen, unter denen Lebensräume entstehen könnten.

„Eine der großen Fragen der Planetenforschung ist, ob die Erde einzigartig ist“, sagt Co-Autor Jon Wade. Wenn der Mars eine komplexe Kruste ohne Plattentektonik bilden konnte, geraten auch andere Gesteinsplaneten neu in den Blick. Planeten ohne wandernde Platten fielen somit nicht mehr automatisch in die Kategorien „geologisch simpel“ und „lebensfeindlich“. Einige davon könnten, ebenso wie der Mars, eine innere Dynamik besessen haben, die Wasserhaushalt, Atmosphäre und chemische Vielfalt beeinflusste.

Erkenntnisse für künftige Mars-Missionen

Auch für Rohstoffe spielt die Entdeckung eine Rolle. Auf der Erde entstehen große Metallvorkommen häufig in Verbindung mit ausgedehnten Magmasystemen. Mackay-Champion spricht deshalb von „deutlich mehr oberflächennahem mineralischem Reichtum“ auf dem Mars als bisher angenommen. Für künftige bemannte Missionen wäre das wichtig. Menschliche Siedlungen könnten Materialien vor Ort nutzen, statt alles von der Erde mitzunehmen zu müssen.

Eine Einschränkung der neues Erkenntnisse bleibt jedoch. Denn der Lander InSight hat vor allem die Region unter seinem Landeplatz untersucht. Ähnliche Schichten in 20 bis 24 Kilometern Tiefe tauchen zwar auch in Daten aus der nördlichen Marshemisphäre auf. Trotzdem muss die Kruste des Mars nicht überall gleich dick sein, sie kann sich regional unterscheiden. Mars-Missionen sollten ihren Landeplatz also gut wählen, um von den möglicherweise vorhandenen Rohstoffen profitieren zu können.

Kurz zusammengefasst:

Der Mars war wahrscheinlich geologisch aktiver und komplexer als lange angenommen: In rund 24 Kilometern Tiefe fanden Forscher Hinweise auf eine dichte Gesteinsschicht, die durch große Magmasysteme entstanden sein könnte.
Besonders überraschend ist: Solche komplexen Prozesse verursachen offenbar nicht zwingend eine Plattentektonik wie auf der Erde – auch ein Planet mit starrer Außenhaut kann eine komplexe geologische Vergangenheit haben.
Für die Suche nach früherem Leben und für künftige Marsmissionen ist das wichtig, weil Magmasysteme Wärme, Wasser und Gase entstehen lassen sowie auf Rohstoffvorkommen hindeuten.

Übrigens: Künftige Mars-Kolonien müssten Nahrung vor Ort erzeugen, um zu überleben. Wie Pflanzenanbau auf dem roten Planeten funktionieren könnte, hat ein Forschungsteam in Bremen herausgefunden: Ein Mikroben-Trick aus CO₂, Marsstaub und geschlossenen Kreisläufen macht Pflanzenanbau ohne Erde und klassischen Dünger möglich. Mehr dazu in unserem Artikel.