Im September 2022 entdeckte eine Gruppe nomadischer Meteoritenjäger einen rosafarbenen Stein in der Sahara-Wüste im westafrikanischen Staat Mali. Die Namen der Finder – vermutlich einheimische Beduinen oder Tuareg – blieben anonym. Über Umwege landete der seltene Fund schließlich bei der Nasa. Schnell zeigte sich: Bei dem Stein handelte es sich um den Meteoriten vom Mars mit einer einzigartigen chemischen Zusammensetzung.
Wie alt der Meteorit mit dem Namen Teghaza 001 wirklich ist, wusste zunächst niemand. Nun wurde sein Alter bestimmt. Die Ergebnisse wurden im Fachmagazin „Science“ veröffentlicht. Für Forscher eröffnet sich ein Fenster in die frühe geologische Entwicklungsgeschichte des Mars und insbesondere seines Wassers.
Auf dem Mars gibt es keine globalen Verschiebungen tektonischer Platten, weshalb seine Oberfläche direkte Einblicke in vergangene geologische Zeitalter seiner Entwicklung erlaubt. Die meisten auf der Erde gefundenen Marsmeteoriten sind blutjung – wenige hundert Millionen Jahre. Sie stammen aus geologisch neuen Regionen des Mars, wie der Tharsis-Region, wo sich etwa der gigantische Olympus Mons findet, der etwa dreimal so hoch ist wie der Mount Everest auf der Erde. Von den erheblich älteren südlichen Hochebenen gibt es dagegen kaum Proben – und damit wenig Erkenntnisse über die frühe Geschichte des roten Planeten.
Im Labor bestimmten die Forscher nun die genaue Zusammensetzung des Steins. Sie schauten zunächst auf den Zerfall radioaktiver Isotope im Gestein, um sein Alter zu schätzen. Sie fanden drei Bleiverbindungen, die sich für diese Altersbestimmung eignen.
Alle drei wiesen auf eine Entstehung des Meteoriten vor 4,1 Milliarden Jahren hin. Zu diesem Zeitpunkt befand sich der Mars in seiner frühesten geologischen Epoche. Teghaza 001 gehört damit zu den ältesten bekannten Fundstücken vom Mars überhaupt. Vergleichbar sind nur das berühmte Stück „Black Beauty“ (NWA 7034) und ALH 84001.
Die Minerale des Gesteins zeigten zudem Veränderungen, die auf Reaktionen mit einer Ressource zurückgehen, die auch für frühes Leben auf dem Mars notwendig gewesen wäre: Wasser. Hinweise darauf gaben reichhaltige Spuren von Natrium, die sich in den beiden Mineralen finden. Im Wasser löst sich Natrium besonders gut und kann dank der hohen chemischen Reaktionsfreudigkeit des Wassers auch in erkaltete Magmagesteine eindringen.
Noch genauer schauten die Wissenschaftler in einer weiteren Arbeit auf winzige Phosphat-Kristalle im Stein, die Wasser chemisch gebunden hatten. Darin fanden sie Spuren von zwei grundverschiedenen Wasservorräten. Der erste stammt aus dem Inneren des Mars selbst: Wasser, das mit dem Magma aus dem Erdinneren aufstieg und vergleichsweise wenig Deuterium enthielt – eine schwere Variante des Wasserstoffs, die sich im Wasser natürlich findet. Der zweite Vorrat war deutlich deuteriumreicher und gelangte von außen in den Stein: Es handelte sich um Wasser aus der Marskruste, das zuvor an der Oberfläche mit der Marsatmosphäre in Kontakt gestanden hatte.
Dass dieses Oberflächenwasser vor 4,1 Milliarden Jahren bereits doppelt so viel Deuterium enthielt wie heute das Meerwasser der Erde, ist für Planetenforscher ein wichtiger Befund: Es zeigt, dass der Mars schon in seinen ersten Hundert Millionen Jahren einen Großteil seines Wassers verloren hatte. Leichte Wasserstoffatome entwichen damals rasch ins Weltall, weil die schwache Schwerkraft des Mars sie nicht halten konnte – zurück blieb ein immer schwerer werdendes, deuteriumreiches Restwasser. Teghaza 001 liefert damit den bislang ältesten direkten Beleg dafür, wie früh die Austrocknung des Mars begann.
„Erst als wir genauer hinchauten, wurde uns klar, wie einzigartig dieser Meteorit wirklich ist“, sagte die Erstautorin der Studie, Yang Liu vom Jet Propulsion Laboratory der Nasa in Südkalifornien. „Einer der Gutachter der Studie nannte ihn den Stein von Rosette für den Mars.“
Die Forscher vermuten, dass ein späterer Einschlag eines Himmelskörpers den Stein aus der Kruste des Mars ins All katapultierte. Dabei wurde das Gestein auf der Marsoberfläche einem enormen Druck ausgesetzt, wie er im oberen Erdmantel erst in 5000 Metern Tiefe erreicht wird, und auf bis zu 1200 Grad Celsius erhitzt. Darauf deuten hochkomprimierte Reidit- und Maskelynit-Anteile hin.
Aufgrund seines Alters und seiner Zusammensetzung glauben die Forscher, dass der Meteorit Teghaza 001 aus dem noachischen südlichen Hochland des Mars stammt. Die Kruste in diesem Bereich repräsentiert die älteste geologische Epoche des roten Planeten und ist im Gegensatz zu den flachen, jungen Tiefebenen des Nordens von Meteoriteneinschlägen geradezu pockennarbig übersät.
Der Mars ist in vielerlei Hinsicht ein Rätsel. Er ähnelt der Erde in vielen Aspekten und doch scheinen mehrere Faktoren ein Aufblühen von Leben auf ihm verhindert zu haben.
Die Marsforschung ist dabei längst nicht abgeschlossen. Lange Zeit glaubte man, dass der Mars seit Urzeiten nicht mehr vulkanisch aktiv sei. So entstand der Olympus Mons auf der Nordhalbkugel vor etwa 3,5 Milliarden Jahren. Doch neuere Satellitenaufnahmen zeigen an seinen Hängen Lavaströme, die kaum zwei Millionen Jahre alt sind.
Im Fachmagazin „Science Advances“ erschien zudem kürzlich eine Studie, die Hinweise auf Gasautritte – und damit vulkanische Aktivität – am Alba Mons beschreibt. Dieser ist zwar flacher als der Olympus Mons, in seiner Ausdehnung aber so groß wie die USA.
Zwischen den beiden Megavulkanen erstreckt sich eine riesige flache Tiefebene, die Amazonis-Tiefebene. Dort könnte sich bis vor drei Milliarden Jahren ein Urozean erstreckt haben.
Übrigens: Ganz verschwunden ist das Wasser auf dem Mars nicht. Schon seit den 1970er-Jahren beobachtet man im Frühjahr und Sommer jeden Morgen eine 1800 Kilometer lange, schlauchförmige Wolke aus Wasserdampf, die gegen Mittag wieder verschwindet. Diese entsteht, weil die Morgensonne dünne Frostschichten auf dem Marsboden schmilzt und starke Ostwinde den aufsteigenden Wasserdampf die Hänge des Arsia Mons hinauftreiben. Möglich wird dies durch die extrem dünne, aber dennoch messbare Atmosphäre auf dem roten Planeten.
