Urzeitlicher Polsprung: Der Mars ist in seiner Frühzeit wahrscheinlich „umgekippt“, wie Forscher herausgefunden haben. Die feste Kruste des Planeten verrutschte dabei um 20 bis 25 Grad gegen die inneren Schichten. Ursache dieses Kippens war das gewaltige Gewicht der frisch entstandenen Tharsis-Vulkane, wie die Wissenschaftler im Fachmagazin „Nature“ berichten. Dieses Umkippen könnte unter anderem erklären, warum heute Reste alter Polkappen in gemäßigten Breiten des Mars liegen.
Die Topografie des Mars gibt schon seit längerem einige Rätsel auf. So entdeckten Raumsonden zahlreiche Gletscher im Untergrund der gemäßigten Breiten – statt wie erwartet in der Polarregion. Außerdem bilden die Überreste verzweigter Flusstäler eine kreisförmige Zone, die seltsam schräg zu den Breitenkreisen des Planeten steht. Und der gewaltige Buckel der Tharsis-Vulkane liegt genau auf dem Äquator – auch das eher ungewöhnlich.
Der Mars sah früher ganz anders aus
Wie diese Anomalien zustande gekommen sein könnten, haben Sylvain Bouley von der Universität Paris-Saclay und seine Kollegen nun näher untersucht. Sie haben dafür geologische Daten des Mars ausgewertet und in Form von Modellsimulationen rekonstruiert, wie sich der Mars in seiner Frühzeit verändert haben könnte.
Dabei kommen sie zu einem eindeutigen Schluss: Der Mars muss in seiner Anfangszeit in Bezug auf seine Rotationsachse anders ausgerichtet gewesen sein als heute. „Ursprünglich war der Mars so ausgerichtet, dass die Grenze zwischen südlichem Hochland und nördlichen Tiefebenen parallel zum Äquator verlief“, erklären die Forscher.
Andere Pole, Flüsse als Band
Der geografische Nordpol des Planeten lag damals in einem Gebiet, das heute unmittelbar nördlich der Tharsis-Vulkane bei rund 70 Grad nördlicher Breite im Tiefland liegt. Der alte Südpol findet sich heute südlich des Hellas-Beckens bei rund 70 Grad südlicher Breite. An beiden Positionen haben Radarmessungen von Marssonden auffällige Ansammlungen von Eis unter der Oberfläche festgestellt, wie die Forscher berichten.
In dieser Zeit, vor rund 3,7 Milliarden Jahren, war das Klima feucht genug, um in einem breiten Band etwa bei 24 Grad südlicher Breite starke Niederschläge fallen zu lassen. Es bildeten sich ausgedehnte Flusstäler, die wie ein parallel zum Äquator verlaufendes Band den Mars umzogen. Als dann der Mars allmählich abkühlte, wurde das teilweise im Untergrund versickerte Wasser zu Eis und bildete einige der noch heute nachweisbaren Eisablagerungen.
Vulkanbeule brachte Kruste aus dem Lot
Doch dann bahnte sich eine dramatische Wandlung an: Auf etwa 20 Grad nördlicher Breite wurde eine ausgedehnte Vulkanregion aktiv. Ihre Lavamassen ließen mächtige Erhebungen heranwachsen. „Der damit verbundene enorme Transfer von Masse, Energie und Gasen aus dem Mantel an die Oberfläche hatte erhebliche Folgen für die Entwicklung des Planeten“, konstatieren Bouley und seine Kollegen.
Innerhalb weniger Millionen Jahre entstand ein zwölf Kilometer hohes und mehr als 5.000 Kilometer breites Plateau. Diese Erhebung in der Marskruste besaß die gewaltige Masse von einer Trillion Tonnen – etwa so viel wie der gesamte Zwergplanet Ceres wiegt. Bei der Rotation des Ur-Mars verursachte diese asymmetrisch sitzende Beule daher eine beträchtliche Unwucht.
Um 20 bis 25 Grad verrutscht
Wie die Forscher herausfanden, reichte diese Unwucht der Tharsis-Beule aus, um vor 3,5 Milliarden Jahren die gesamte feste Marskruste zum Kippen zu bringen: Sie verlor ihren Halt auf dem schmelzflüssigen Inneren und verrutschte um 20 bis 25 Grad. „Dadurch bewegte sich die Masseanomalie der Tharsis-Vulkane auf seine jetzige Position nahe am Marsäquator“, erklären Bouley und seine Kollegen.
Als Folge dieses Kippens lag die Grenze zwischen Hochland und Tiefebene nicht mehr parallel zum Äquator und auch das Band der einst tropischen Flüsse bildete nun eine S-förmige Kurve, die schräg zum Äquator liegt. Auch die geografischen Pole des Planeten wanderten auf ihre heutige Position. Wie die Forscher erklären, entspricht die von ihnen berechnete Polwanderung recht gut den Werten und Positionen, die bereits zuvor ein japanischer Forscher für den Mars postuliert hatte.
Neue Sicht auf den Roten Planeten
Dieses Szenario verändert die bisherige Sicht auf die Frühzeit des Roten Planeten. Denn sollten sich diese Modelle bestätigen, dann erlebte der Mars vor rund 3,5 Milliarden Jahren eine deutlich dramatischere Veränderung als bisher angenommen. Zudem könnte auch das Klima des Planeten stärker als gedacht vom Wachstum des Tharsis-Plateaus beeinflusst worden sein.
Theoretisch könnten künftige Untersuchungen weitere Belege für dieses urzeitliche Verrutschen der Kruste entdecken. „Dieses Ereignis könnte Spannungen erzeugt haben, die groß genug waren, um ein globales tektonisches Muster in der Kruste zu hinterlassen“, sagen die Forscher. Vor allem um die ehemaligen Pole könnten Risse in Nord-Südrichtung entstanden sein. Bisher allerdings wurden diese nicht beobachtet. (Nature, 1016; doi: 10.1038/nature17171)
(Nature/ CNRS, 03.03.2016 – NPO)
