Die Dünen des Mars verändern sich

Wissenschaftler gingen bisher davon aus, dass sich die ausgedehnten Dünenfelder in der nördlichen Polarregion des Mars vor langer Zeit geformt haben und seitdem praktisch unverändert sind. Aktuelle Bilder der NASA-Sonde Mars Reconnaissance Orbiter zeigen jetzt allerdings erhebliche Veränderungen, welche sich innerhalb von nur einem Marsjahr ereignet haben.

Ein Beitrag von Ralph-Mirko Richter. Quelle: JPL, University of Arizona, Universität Bern, Science. Vertont von Peter Rittimger.

NASA, JPL-Caltech, University of Arizona
Diese Aufnahme belegt die Veränderung eines Dünenfeldes in der nördlichen Polarregion des Mars. Die schwarzen Bereiche weisen dabei auf heftige Gasemissionen hin.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona)

Die Dünenfelder, welche den Rand der nördliche Polarkappe des Mars in der Tiefebene Vastitas Borealis umgeben, bedecken mit etwa 845.000 Quadratkilometern eine Fläche, die über eine größere Ausdehnung als das Land Namibia im südwestlichen Afrika verfügt. Bislang, so Candice J. Hansen vom Planetary Science Institute in Tucson/ Arizona, gingen die Planetenforscher davon aus, dass sich diese ausgedehnten und anscheinend erstarrten Sanddünen bereits vor Milliarden von Jahren gebildet haben, als unser Nachbarplanet noch über eine dichte Atmosphäre mit entsprechend starken Winden verfügte. Seitdem, so die bisherige Meinung, hätten sich die Dünen kaum verändert.

Neue Bilder der “High Resolution Imaging Science Experiment”-Kamera (HiRISE) an Bord der von der amerikanischen Weltraumbehörde NASA betriebenen Raumsonde Mars Reconnaissance Orbiter erzählen jetzt jedoch eine andere Geschichte: “Die Dünen in der nördlichen Polarregion des Mars zeigen innerhalb nur eines Marsjahres erhebliche Veränderungen”, so die Aussage von Nicolas Thomas von der Abteilung Weltraumforschung und Planetologie an der Universität Bern und Mitglied des HiRISE-Teams.

Bei der Analyse der Aufnahmen stellte sich heraus, dass die Dünen in den höheren marsianischen Breiten durchaus deutlich erkennbaren Veränderungen unterliegen und somit keineswegs stark verkrustet oder gar zu Eis erstarrt sein können. Nach der Meinung der Planetologen ist eine Schicht aus gefrorenem Kohlendioxid, auch als Trockeneis bekannt, für die jährlich wiederkehrenden Erosionsprozesse an den Dünen verantwortlich. Das Kohlenstoffdioxid überzieht die gesamte Polarregion des Mars im Winter mit einer dichten, bis zu mehrere Meter dicken Schicht.

“Das gefrorene Kohlenstoffdioxid geht im Frühling vom festen in den gasförmigen Zustand über. Diese so genannte Sublimation destabilisiert den Dünensand, so dass es zu Sandlawinen kommt, und sich die Oberfläche neu strukturiert.” Nicolas Thomas und sein Team von der Universität Bern werden diesen Prozess und das Ausmaß der dabei auftretenden Effekte demnächst auch in Computermodellen darstellen können.

NASA, JPL-Caltech, University of Arizona
Auf diesen drei Aufnahmen der HiRISE-Kamera ist die Veränderung eines Dünenfeldes über den Zeitraum von einem Marsjahr deutlich erkennbar.
(Bild: NASA, JPL-Caltech, University of Arizona)

Für die aktuelle Studie verglich das internationale Wissenschaftler-Team verschiedene HiRISE-Bilder, welche über einen Zeitraum von mehr als zwei Marsjahren, dies entspricht in etwa vier Erdjahren, aufgenommen wurden. Die drei nebenstehenden Bilder zeigen einen 285 x 140 Meter messenden Ausschnitt der Marsoberfläche am Rand der saisonalen Nordpolarkappe bei 84 Grad nördlicher Breite und 233 Grad östlicher Länge. Auf den Bildern ist der Kamm einer Sanddüne erkennbar. Das oberste Bild wurde am 17. Juni 2008 während des späten Frühlings aufgenommen, das unterste am 2. Juli 2010 während des Marssommers. Zu diesen Zeitpunkten war die abgebildete Region nicht mehr mit einer Schicht aus gefrorenen Kohlendioxid bedeckt. Die mittlere Aufnahme entstand am 23. Februar 2010 während des Marsfrühlings und zeigt eine immer noch mit Trockeneis bedeckte Planetenoberfläche.

Das Ausmaß der Erosion innerhalb von nur einem Marsjahres ist gemäss den Aussagen der beteiligten Forscher erstaunlich. An einigen Stellen sind dabei Hunderte von Kubikmetern Sand als Lawinen an Dünenhängen abgegangen, wodurch sich neue Rinnen und Sandschürzen gebildet haben. Die Unterseite der Eisschicht, welche sich in einem direkten Kontakt mit dem dunklen Boden befindet, erwärmt sich schneller als die Oberseite der Eisschicht. Das durch das Auftauen des gefrorenen Bodens freigesetzte Kohlendioxid wurde dabei vorübergehend unter der Eisschicht eingeschlossen. Mit zunehmenden Druck durchbrach das Gas schließlich die immer dünner werdende Eisschicht und destabilisierte dabei auch den an den Dünenhängen befindlichen Sand.

Besonders überraschend war für die Wissenschaftler die Feststellung, dass die Spuren vergangener Sandlawinen innerhalb von nur einem Marsjahre durch wellenförmige Verwehungen teilweise ausgelöscht werden können, denn die von Modellen der Marsatmosphäre vorhergesagten Windgeschwindigkeiten reichen eigentlich nicht aus, um Sandpartikel anzuheben oder in so kurzen Zeiträumen solche Veränderungen zu bewirken. Außerdem zeigen die Daten von Mars-Landeeinheiten wie den Marslander Viking 1, Viking 2 und Phoenix, dass starke Winde auf dem Mars anscheinend relativ selten auftretende Ereignisse sind.
Die Wissenschaftler vermuten deshalb, dass das polare Wetter aufgrund seiner auch jahreszeitlich bedingten hohen Temperaturunterschiede zwischen Tag und Nacht häufiger zu hohen Windgeschwindigkeiten führt. Sie erhoffen sich von zukünftigen Aufnahmen der HiRISE-Kamera weitere Erkenntnisse zur Rolle des Windes im gegenwärtigen Marsklima. Denn, so die Aussage von Alfred McEwen von der University of Arizona in Tucson/USA, das Verständnis heutiger Veränderungen ist ein wichtiger erster Schritt, um grundlegende Prozesse auf unserem Nachbarplaneten aufzudecken und zu verstehen, wie sich das Klima auf dem Mars während der vergangenen Jahrmilliarden verändert hat.

“In den Regionen, welche saisonal mit Kohlenstoffdioxid-Eis bedeckt sind, treten starke Aktivitäten auf. Hierbei handelt es sich um einen Prozess, den wir nicht auf der Erde studieren können. Es ist wichtig, die aktuellen Auswirkungen dieser ungewohnten Prozesse zu verstehen, damit wir sie nicht falsch assoziieren und unzutreffende Rückschlüsse auf das marsianische Klima ziehen”, so Alfred McEwen.

Insgesamt konnten die Wissenschaftler bei 40 Prozent der während der über einen Zeitraum von zwei Marsjahren beobachteten Dünen deutliche Veränderungen erkennen. Die Ergebnisse der hier kurz vorgestellten Studie wurden am 4. Februar 2011 in der Fachzeitschrift Science publiziert.

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