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Mars: Der Mars: trocken und tatsächlich methanarm

Der Marsrover Curiosity bestätigte die im Allgemeinen nur sehr geringen Methangasvorkommen in der Atmosphäre des Roten Planeten. Er stellte jedoch auch einen zeitlich und örtlich begrenzten Anstieg in den Methankonzentrationen fest. Des Weiteren bezeugen die aktuellen Mischungsverhältnisse von Deuterium zu Wasserstoff in Marsböden die Austrocknung des Planeten über geologische Zeiträume hinweg.
Der Mars

Seit August 2012 befindet sich der Rover Curiosity auf der Marsoberfläche im Krater Gale und untersucht die Umweltbedingungen auf unserem Nachbarplaneten. Eine aktuelle Auswertung des umfangreichen Datensatzes, die der Roboter über 20 Monate hinweg dort sammelte, bestätigte nun, dass die atmosphärischen Konzentrationen von Methan deutlich niedriger sind als es Modellrechnungen und frühere Beobachtungen andeuteten. Die Instrumente zeichneten aber auch einen deutlichen Anstieg auf, der rund 60 Marstage andauerte.

Weil das irdische Methangas vorwiegend biologischen Ursprungs ist, beschäftigt die Frage nach seinem Gegenstück auf dem Mars die Wissenschaft schon lange. Spielten auch dort biologische oder eher geochemische Prozesse bei seiner Bildung eine Rolle? Bisherige bodengebundene als auch Satellitenmessungen lieferten kein einheitliches Bild. Die gemessenen Konzentrationen wiesen sowohl örtlich als auch zeitlich verhältnismäßig große Schwankungen auf, die sich mit den Modellen zur Bildung des Gases und seiner Durchmischung in der Marsatmosphäre nicht nachvollziehen ließen. Die Daten, die ein Laserspektrograf des Curiosity-Rovers über einen Zeitraum von 605 Marstagen sammelte, sollten für Klarheit sorgen. Das Instrument ist in der Lage, auch feinste Spuren des Gases festzustellen.

Curiosity vor Bohrung | Über einen Zeitraum von 20 Monaten hinweg untersuchte der Marsrover Curiosity die Atmosphäre des Planeten und suchte nach kleinsten Spuren von Methan. Das Gas ist nur in sehr geringen Mengen vorhanden. Es wird jedoch sporadisch freigesetzt, wobei es kurzfristig zu deutlichen Anstiegen in der Konzentration kommt.

Dabei zeichnet sich nun immer klarer ab, dass deutlich weniger Methan in der Marsatmosphäre vorhanden ist als bisher angenommen wurde. Es ergab sich im Mittel ein Volumenmischungsverhältnis von nur rund 0,7 zu einer Milliarde. Zwar waren die Messungen auf einen kleinen Bereich an Oberfläche begrenzt, doch gehen die Forscher davon aus, dass sie die durchschnittlichen Gasanteile zutreffend widerspiegeln. Signifikante Konzentrationsunterschiede sollten sich in nur wenigen Monaten innerhalb der Atmosphäre ausgleichen, so dass bedeutende Schwankungen nur jahreszeitlich bedingt an den Polen des Planeten zu erwarten sind.

Die geringen Methananteile stellen die Wissenschaftler nun vor ein Rätsel. Es scheint, als ob die bisherigen Modelle, welche die Entstehung des Gases beschreiben, die Komplexität des Problems nicht hinreichend genug erfassen. Es wäre möglich, dass deutlich weniger organisches Material, das durch die energiereiche UV-Strahlung zu Methan umgewandelt wird, aus dem interplanetaren Raum in die Marsatmosphäre eingebracht wird. Zudem könnten auch weitere Stoffe eine zersetzende Wirkung auf das Gas haben. Es sind auch Zusammenhänge mit den Umweltbedingungen vor Ort wie der Luftfeuchtigkeit, der Boden- und Lufttemperatur oder auch möglichen Schwankungen in der Konzentration von Kohlendioxid oder dem Druck denkbar. Klarheit hierüber werden jedoch erst zukünftige Untersuchungen verschaffen können.

Neben dem niedrigen Grundwert registrierten die Instrumente aber auch einen kurzfristigen Anstieg des Methangehalts um einen Faktor 10. Die Dauer von rund 60 Marstagen sowie sein abruptes Abklingen legen eine spontane Freisetzung des Gases in einem Gebiet nördlich des Rovers und eine rasche Verflüchtigung nahe. Darauf lassen unterschiedliche Konzentrationen zwischen Tag- und Nachtzeiten sowie die wechselnden Windverhältnisse zu unterschiedlichen Tageszeiten schließen. Als Quelle kommt in einem früheren Reservoir eingeschlossenes und plötzlich freigesetztes Gas in Frage. Allerdings ist die Bildung von Methan auf dem Mars noch längst nicht geklärt. Vermutlich spielen unterschiedliche Mechanismen in Kombination miteinander dabei eine wichtige Rolle.

Weniger überraschend waren hingegen die Ergebnisse eines anderen Experiments, welches das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff in Bodenproben des Planeten ermittelte. Die Anteile von Deuterium sind rund drei Mal höher als diejenigen im irdischen Wasser und sprechen für eine kontinuierliche Anreicherung in der Vergangenheit. Eine solche entsteht beispielsweise dann, wenn sich der leichtere Wasserstoff im Lauf der Zeit stetig verflüchtigt. Die Messungen bestätigten die Theorien, dass der Rote Planet durch den Verlust seiner anfänglich dichten Atmosphäre allmählich austrocknete.

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  • Quellen

Webster, C. R. et al., Science, 2014

Mahaffy, P. R. et al., Science, 2014

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