Blick unter die Oberfläche von Mars

Seit knapp zwei Jahren liefert die US-amerikanische Raumsonde InSight bereits Einblicke in den Aufbau unseres Nachbarplaneten Mars. Nun gelang es Forschern erstmals, die Schichten unmittelbar unter der Oberfläche des Roten Planeten zu analysieren. Wie sie in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ berichten, befinden sich in den oberen 200 Metern unter dem Landeplatz der Raumsonde zwei Lavaschichten aus unterschiedlichen Zeitaltern, sowie Sedimente und Überreste von einem größeren Meteoriteneinschlag.

Unter anderem gehört zur Sonde InSight ein Seismometer, das Schwingungen des Marsbodens misst. So lassen sich Erschütterungen von Meteoriteneinschlägen und tektonische Aktivitäten nachweisen, die sich als seismische Wellen durch den gesamten Planetenkörper hindurch ausbreiten. Aus den bislang gesammelten Messdaten haben Forscher gezeigt, dass der Mars zwar ähnlich wie die Erde aufgebaut ist. Allerdings ist der flüssige Kern größer und die Planetenkruste dünner als zuvor angenommen.

Manuel Hobiger von der ETH Zürich und seine Kollegen haben die InSight-Daten nun erneut analysiert und ihr Augenmerk dabei auf eine andere Art von Schwingungen gerichtet: Neben den seismischen Wellen, die sich im gesamten Planeten ausbreiten, untersuchten die Forscher nun auch Oberflächenwellen. Diese Schwingungen entstehen, wenn Wind auf Strukturen in der Marslandschaft, wie etwa Krater oder Erhebungen, trifft. Abhängig von der Art und Dichte des Materials unterhalb der Oberfläche breiten sich die Vibrationen dann unterschiedlich aus. Aus der Analyse dieser Vibrationen ließ sich demnach auf das Material schließen und so ein Modell des Aufbaus der oberen 200 Meter der Marskruste entwickeln.

Dabei zeigte sich, dass die Oberfläche des Roten Planeten von einer etwa drei Meter dicken Schicht aus Regolith – also verwittertem, körnigen Geröll und Sand – bedeckt ist. Darunter stießen die Forscher auf eine 15 Meter dicke Schicht größerer Gesteinsbrocken – offenbar Auswurfmaterial eines größeren Meteoriteneinschlags. Weiter hinab in die Tiefe folgt dann eine etwa 150 Meter dicke Schicht aus Lava. Doch innerhalb dieser Lavaschicht – in einer Tiefe von 30 bis 75 Metern – breiteten sich die Oberflächenwellen plötzlich deutlich langsamer aus. Die Forscher vermuten, dass diese Zone aus feinkörnigen Ablagerungen, hervorgerufen durch Wind oder Wasser, besteht. Demnach trennt diese Sedimentschicht zwei unterschiedliche Lavaschichten, die nacheinander entstanden sind.

Indem sie die Anzahl und Größe der Krater auf der Oberfläche bestimmten, ließ sich auf ihre Tiefe und damit auch auf die Entstehungszeit rückschließen. Hobiger und seine Kollegen datierten so das Alter der oberen Lavaschicht auf 1,7 Milliarden Jahre, das der unteren Lavaschicht dagegen auf 3,6 Milliarden Jahre. Zwischen den beiden Vulkanausbrüchen, die zur Bildung der Lavaschichten führten, ist also mit etwa zwei Milliarden Jahren genügend Zeit für die Entstehung der 45 Meter dicken Schicht aus Sedimenten vergangen.