War Olympus Mons ein Inselvulkan?

Feuerberg mit nassen Füßen: Der riesige Marsvulkan Olympus Mons könnte einst vom Marsozean umspült worden sein. Hinweise darauf liefern kilometerhohe Klippen am Fuß des Vulkans: Sie ähneln Lavaklippen auf irdischen Vulkaninseln und könnten vor rund 3,5 Milliarden Jahren durch ins Meer fließende Lava entstanden sein, wie Forschende berichten. Später kam es dann zu einer Hebung des gesamten Tharsis-Vulkanplateaus, durch das die Vulkanbasis mitsamt diesen Klippen weit über das einstige Meeresniveau gehoben wurde.

Der Olympus Mons ist der größte Vulkan im Sonnensystem: Sein Gipfel ragt rund 26 Kilometer über die umgebenden Tiefebenen und 22 Kilometer über das Tharsis-Vulkanplateau hinaus. Seine Basis hat einen Durchmesser von fast 600 Kilometern. Der gewaltige Feuerberg gehört wie die Inselvulkane auf Hawaii und viele irdische Unterseevulkane zu den Schildvulkanen: Er förderte eher dünnflüssige Lava und hat vorwiegend flache Hänge.

Rätsel um riesige Klippen am Marsvulkan

Ein Merkmal des Olympus Mons gibt jedoch Rätsel auf: An seiner Basis brechen die flachen Hänge abrupt ab und bilden ein gewaltiges Kliff von vier bis sechs Kilometer Höhe. An diese steilen Klippen schließt sich eine flachere, breite Zone chaotischer Gerölle an. „Der Ursprung dieser basalen Klippen ist ungeklärt“, erklären Anthony Hildenbrand von der Universität Paris Sarclay und seine Kollegen. Einige Planetenforscher interpretieren die Abbruchkanten als Folge der enormen Last des Feuerbergs, andere sehen die Erosion als Ursache.

Doch Hildenbrand und sein Team halten ein anderes Szenario für wahrscheinlicher: Ihrer Ansicht nach entstanden die riesigen Klippen, weil Olympus Mons einst ein Inselvulkan war. „Wir denken, dass die obere Kante der sechs Kilometer hohen Abbruchkante durch Lava entstand, die in flüssiges Wasser strömte“, schreiben sie. Die Interaktion von glühender Lava mit kaltem Meerwasser erzeugt auf irdischen Vulkaninseln wie Hawaii, Galapagos oder Reunion ganz ähnliche, wenn auch weniger gigantische Lavaklippen, wie die Forschenden erklären.

Lavaflüsse in den Ozean

Ähnlich wie heute auf Hawaii könnte die Lava auch am Olympus Mons teils oberirdisch und teils in Lavaröhren die Hänge hinabgeflossen sein. Als die glutflüssige Gesteinsschmelze dann auf das umgebende Meer traf, kühlte sie schlagartig ab und erstarrte. Dadurch türmten sich an der Uferlinie allmählich hohe Klippen auf. „Wir haben am oberen Rand der Abbruchkante einen möglichen Marker einer solchen urzeitlichen Küstenlinie identifiziert, der auf die fossile Passage von subaeraler Lava in einen flüssigen Ozean hindeutet“, berichten Hildenbrand und seine Kollegen.

Den Forschern zufolge zeigt sich dieser urzeitliche Lava-Wasser-Kontakt in auffälligen Hangbrüchen, die vor allem entlang der nordwestlichen Klippenkante sichtbar sind. Ähnliche Merkmale seien auch am Nordhang des 1.800 Kilometer entfernten Vulkans Alba Mons sichtbar, der ebenfalls am Nordrand des Tharsis-Plateaus liegt. Dass es am Olympus Mons Lavaröhren gab, belegen zudem Aufnahmen von Marssonden. Sie zeigen Ketten von Löchern und kleinen Kratergruben, die von Planetenforschern als teilweise kollabierte Lavahöhlen gedeutet werden.

Lag die Vulkanbasis einst tiefer?

Allerdings gibt es ein Problem: Zwar gilt es inzwischen als nahezu sicher, dass die nördlichen Tiefebenen des Mars vor 3,8 bis etwa 3 Milliarden Jahren von einem großen Ozean bedeckt waren – davon zeugen urzeitliche Gezeitenspuren, Tsunamigerölle und Uferlinien. „Die obere Kante der Olympus-Mons-Klippen liegt aber mehrere Kilometer höher als alle bisher dokumentierten Meeresspiegel dieses Marsozeans“, konstatieren die Forschenden.

Auf den ersten Blick liegt die Vulkan-Kante damit viel zu hoch, um durch direkten Kontakt von Lava mit Meerwasser entstanden zu sein. Doch es gibt Hinweise darauf, dass das Tharsis-Plateau vor 3,8 Milliarden Jahren noch nicht so hoch aufragte wie heute. Erst durch eine Hebung der Kruste und das Auftürmen von fast einer Trillion Tonnen vulkanischen Materials erreichte die Vulkanregion ihre endgültige Höhe. Ihr enormes Gewicht könnte sogar die Marskruste zum Verrutschen gebracht haben.

„Die scheinbar exzessive Höhe unseres geologischen Markers kann daher durch eine starke Hebung, ausgelöst von einem Mantelaufstrom, erklärt werden, wie neue Modellierungen der vertikalen Bewegungen zeigen“, schreiben Hildenbrand und seine Kollegen. „Nachdem der Ozean sich dann zurückzog, wurden die angehobenen Küstenklippen in einigen Bereichen durch spätere Lavaströme überdeckt.“

Aufgaben für künftige Marsmissionen

Sollte sich dies bestätigen, dann könnte der Olympus Mons vor rund 3,8 Milliarden Jahren eine Vulkaninsel der Superlative gewesen sein: Seine hunderte Kilometer breite Basis wurde vom Marsozean umspült, während sein Gipfel kilometerweit in den Marshimmel aufragte. Ob die Klippen am Fuß des Marsvulkans allerdings tatsächlich einst im Meer endeten, müssen künftige Untersuchungen erst noch bestätigen.

Nach Ansicht von Hildenbrand und seinem Team wäre der Olympus Mons daher ein lohnendes Ziel für künftige Marsmissionen. „Die von uns postulierten Küstenlinien könnten mittels radiometrischer Methoden datiert werden“, schlagen sie vor. „Außerdem wären sie außergewöhnlich gut geeignete Ziele, um nach Spuren des frühen Wassers auf dem Mars zu suchen und so wertvolle Einblicke in die zeitliche Entwicklung und das Schicksal der marsianischen Ozeane zu gewinnen.“ (Earth and Planetary Science Letters, 2023; doi: 10.1016/j.epsl.2023.118302)

Quelle: CNRS