Mars hatte einst eine sauerstoffreiche Atmosphäre

Heute ist die Luft auf dem Mars extrem dünn, sie enthält keinen Sauerstoff und besteht fast nur aus Kohlendioxid. Das aber war früher anders: Vor vier Milliarden – und damit viel früher als auf der Erde – besaß der Rote Planet eine sauerstoffreiche Atmosphäre. Das schließen britische Forscher aus Analysendaten des Marsrovers Spirit. Spuren des einstigen Sauerstoffs blieben bis heute im Gestein, weil dieses damals in den Untergrund gedrückt wurde und erst vor kurzem wieder an die Oberfläche gelangt ist, so die Forscher im Fachmagazin „Nature“.

Die Daten des Marsrovers Spirit haben in den letzten Jahren für Rätselraten gesorgt: Denn was der rollende Roboter aus dem Gusev-Krater auf dem Mars übermittelte, passte einfach nicht zu bisherigen Annahmen. Denn seine chemischen Analysen ergaben, dass das Oberflächengestein im Krater völlig von dem abwich, was man von Marsmeteoriten kannte – von Gesteinsbrocken, die vom Roten Planeten stammen und vor Millionen von Jahren auf der Erde einschlugen. In ihren Poren eingefangene Gase und bestimmte Mineralien belegen, dass sie vom Mars stammen müssen. Daher galten sie als guter Anhaltspunkt dafür, wie die Oberfläche des Planeten vor rund 1,4 Milliarden bis 180 Millionen Jahren beschaffen war – der Zeit, in der sich diese Gesteinsbrocken bildeten.

Rätselhafte Abweichungen

Doch als der Marsrover Spirit Proben aus dem Gusev-Krater analysierte, zeichneten sie ein anderes Bild. Denn das Oberflächengestein dort enthielt fünf Mal mehr Nickel und deutlich mehr Schwefel und Sauerstoffverbindungen als das der Meteoriten. „Dieses Ergebnis ist überraschend, denn der Krater ist im Vergleich zu den Meteoriten weitaus älter, er entstand vor rund 3,7 Milliarden Jahren“, erklärt Studienleiter Bernard Wood von der University of Oxford.

Die großen chemischen Unterschiede warfen nun die Frage auf, ob die Meteoriten möglicherweise doch weniger typisch für vulkanische Gesteine der einstigen Marsoberfläche waren als bisher angenommen. Und auch, woher der Sauerstoff im Gusev-Gestein stammte. Die Wissenschaftler postulieren dafür nun eine Antwort und leiten sie aus den chemischen und geologischen Daten des Marsrovers ab. „Wir haben gezeigt, dass sowohl die Meteoriten als auch die Gusev-Gesteine aus dem tiefen Inneren des Mars stammen“, sagt Wood. „Aber die Oberflächengesteine des Gusev-Kraters kommen aus einer sauerstoffreicheren Umgebung.“

Der NASA-Marsrover Spirit lieferte die Indizien © NASA/JPL

Sauerstoffreich und lebensfreundlich lange vor der Erde

Nach Ansicht der Forscher deuten die Spirit-Daten darauf hin, dass der Mars vor rund vier Milliarden Jahren eine Sauerstoff-Atmosphäre besessen haben muss. Zum Vergleich: Auf der Erde stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre erst dann an, als die ersten einzelligen Pflanzen vor rund zweieinhalb Milliarden Jahren begannen, mittels Photosynthese Energie aus dem Sonnenlicht zu gewinnen. Dabei gaben sie Sauerstoff ab und veränderten so die ursprünglich vor allem aus Stickstoff und Kohlendioxid bestehende Uratmosphäre.

„Der Mars besaß damit vermutlich lange vor der Erde eine sauerstoffreiche Atmosphäre“, erklärt Wood. Er war wahrscheinlich bereits warm, feucht und „rostig“, als unser Heimatplanet noch unwirtlich heiß und nicht gerade lebensfreundlich war. Denn der Sauerstoff aus der Marshülle führte zu starker Oxidation von metallischen Elementen, darunter auch Eisen. Die charakteristisch rote Farbe dieser Oxidationsprodukte prägt bis heute die Oberfläche des Mars.

Geologisches Recycling erklärt die Unterschiede

Die Forscher haben auch eine relativ genaue Vorstellung davon, warum die später vom Mars losgeschleuderten Meteoriten kaum noch Spuren dieser sauerstoffreichen Vergangenheit in sich tragen: „Ein Recycling von sauerstoffreichem Material in das Marsinnere ist die Ursache“, erklärt Wood. Demnach sorgte die früher auf dem Mars stärker ausgeprägte Plattentektonik dafür, dass die alte Kruste des Planeten an vielen Stellen in den Untergrund gedrückt wurde und im oberen Marsmantel teilweise aufschmolz.

Ähnlich wie auf der Erde heute noch sorgte die langsame Umwälzbewegung im Mantel und der Vulkanismus dann aber dafür, dass Teile dieser alten, subduzierten Gesteine wieder an die Oberfläche gelangten – unter anderem im Gusev-Krater. Die Meteoriten dagegen stammen aus tieferen Bereichen des Mantels und der Kruste, die nicht aus diesen recycelten Gesteinen bestehen und daher weniger Sauerstoff enthielten. (Nature, 2013; doi: 10.1038/nature12225)

(University of Oxford / Nature, 20.06.2013 – NPO)