Exotischer CO2-Prozess könnte die marsianischen Abflussrinnen gegraben haben, sagt ein US-Wissenschaftler


(Von Lori Stiles, UA News Services, 520-621-1877)

Autor: Agnieszka Przychodzen
Lunar and Planetary Laboratory

30. März 2001

(übersetzt durch Roland M. Horn)

Eher wurden  letzen Sommer auf hochauflösenden Bildern des Mars Global Surveyors durch die Surveyor Kamera Ausbrüche flüssigen Kohlendioxids als Wasser entdeckt, die die marsianischen Abflussrinnen formten. Donald S. Musselwhite, Timothy D. Swindle und Jonathan I. Lunine von der University of Arizona, Lunar and Planetary Laboratory veröffentlichten ihre Hypothesen in der Ausgabe des Geophysical Research Letters vom 1. April.

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Kontakt:

Don Musselwhite: donm@lpl.arizona.edu
Timothy Swindle: tswindle@lpl.arizona.edu
Jonathan I. Lunine: jlunine@jpl.arizona.edu
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Letzten Sommer teilten Wissenschaftler mit, dass Abflussrinnen, die auf einigen marsianischen Kliffs und in Kraterwänden gesehen wurden, nahelegen, dass flüssiges Wasser in  geologisch junger Vergangenheit die Böschungen heruntersickerte. Untersucher fanden kleine Kanäle, die in hohen Breiten nahe des Südpols des Mars auftraten. Die Wissenschaftler schlossen, dass das Verhältnis von Sonnenlicht und Breitengrad darauf hindeuten, dass Eis beim Schutz des flüssigen Wasser vor Verdunstung eine Rolle  spielten, bis es sich genügend Druck bildete, um es katastrophenartig  auf dem Mars freizulassen. Wenn die Kanäle gegenwärtig gebildet worden sind, könnte reines flüssiges Wasser in einigen Regionen des Mars 500 Meter unter der Oberfläche existieren, deuteten sie an.

Nun schlugen UA-Untersucher eine alternative Erklärung vor, in der Kohlendioxid eine Rolle spielt. Sie wiesen auf zahlreiche Gründe dafür hin, warum CObezüglich  der Abflussrinnen-Bildung ein besserer Kandidat als Wasser ist. Ein Grund ist der, dass die meisten Abflussrinnen in den südlichen Hochländern gefunden wurden - den ältesten und kältesten Teile des Planeten, Orte, an denen flüssiges Wasser am wenigsten stabil sein würde.

"Das ist eine große Höhenlage in einer Region niedriger geologischer Ausdehnung, Es ist schwer, hier  irgend welche hydrothermischen Aktivitäten zu beschwören," sagte Musselwhite. "Die Oberfläche ist alt, doch die Abflussrinnen sind jung."

Ein anderer Grund ist der, dass die südliche Halbkugel über das Jahr hinweg extremere Temperatur-Schwankungen als die nördliche Halbkugel aufweist, resultierend aus der Tatsache, dass Mars während des Sommers näher zu der Sonne hin  und während des südlichen Winters weiter weg geneigt ist, sagte Musselwhite. Die Abflussrinnen befinden sich im Allgemeinen auf Pol-Oberschicht-Abhängen , wo sie die meiste Zeit des Jahres über sehr wenig oder gar kein Sonnenlicht erhalten.

Allerdings, sagte Musselwhite, die  zwingendste Tatsache sei, dass die Abflussrinnen immer  ungefähr 100 Meter unter der Spitze des Kliffs beginnen. In dieser Tiefe ist der Druck des überirdischen Felsens gerade genug, um flüssiges CO2 aufrecht zu erhalten, wenn die Temperatur sehr niedrig ist.

"Es gibt viele interessante Ideen, wie flüssiges Wasser diese Dinge gegraben haben könnte. Der Prozess funktioniert immer noch an sehr speziellen Orten, wo es zumindest während der Winterzeit extrem kalt ist, warum sehen wir diese Abflussrinnen nicht an anderen Stellen? Wenn Sie Wasser haben, die diese Abflussrinnen graben, sollten Sie das überall sehen - nicht nur an diesen speziellen Orten. Und woher kommt das Wasser? Es gibt keines in der marsianischen Atmosphäre und keines auf der Oberfläche," sagte er.

Es ist nicht flüssiges Kohlendioxid, das in den Abflussrinnen floss. "Was herauskommt, ist flüssiges CO2, das plötzlich verdunstet," sagt Musselwhite. "Wenn es hervor kommt, dehnt es sich sehr schnell aus, kühlt ab und produziert tatsächlich CO2-Schnee. Der Schnee ist  in in CO2-Gas suspendiert, der noch nicht erhärtet ist. Heute bildet er mit  Fels-Trümmern Schlamm. Geologen nennen es einen "suspendierten Schnee". Suspendierte Fließaktivitäten agieren tatsächlich wie eine Flüssigkeit. Es bedarf nicht jedesmal einer großen Menge an Flüssigkeit, die der Abflussrinnenformation hinzugefügt werden."

Zu diesem Prozess gibt es Analogien auf der Erde. Marsianische Abflussrinnen sehen meist identisch mit irdischen aus, die in polaren Regionen und ebenso in Kliff-Wänden gefunden wurden, wo die Abflussrinnen zu Eis-Paketen zerlegt sind. Solche Kanäle können ebenfalls in den Flanken irdischern Vulkane aufgefunden werden - gegraben durch einen suspendierten Fluss aus Asche, die in vulkanischem Gas verladen war. Und gefangener Schlamm und Sediment, die in der Verworrenheit der Strömung des Meeresboden gefangen sind, könnten tiefe Kanäle in die Kontinentalschelfe, gegraben haben, bemerkte Musselwhite.

Wie bilden sich marsianische Abflussrinnen? Die Atmosphäre des Planeten besteht hauptsächlich aus CO2. Unter einem gewissen atmosphärischem Druck kondensiert CO2 aus der Atmosphäre  zur Oberfläche des Mars hin. Mars ist durch Einschläge geschlagen worden, und so ist seine Oberfläche typisch porös - nachgiebiger Schutt. Gas sickert durch die Oberfläche und kondensiert in den Fels-Spalten.

"In der Zeit des Winters werden die Klippen der Oberfläche so kalt, dass seine Temperatur unter den Gefrierpunkt von CO2 fällt, der bei niedrigem Druck sofort fest wird. Wenn die Kältewelle von der Oberfläche verschwindet, ist der Raum in der Spalte komplett ausgefüllt. Kommt Frühling, trocknet das Eis, erwärmt sich und dehnt sich aus. Da all die Fels-Spalten-Stellen gefüllt sind, bildet sich Druck, bis das Eis flüssig wird. Flüssiges CO2 nimmt mehr Volumen ein als trockenes Eis, und so setzt sich durch den Druck  die Bildung fort.

Zur gleichen Zeit verdampft das trockene Eis und vermindert die Temeratur-Anstieg. An diesem Punkt wird die Barriere zu dünn, und die Flüssigkeit unterhalb des Drucks platzt heraus. Sie wechselt durch die Oberfläche in die Atmosphäre, wo es sehr schnell verdampft, wenn es dem unerwarteten Druckabfall in der Atmosphäre ausgesetzt ist. Als Kohlendioxid verdampft es rapide, zudem kühlt ab es und wird in CO2-Schnee verladen, wo der suspendierte Fluss kreiert wird.

Einige Untersucher behaupten, dass die Abflussrinnen  jung sind und gegenwärtig auf dem Mars gebildet würden. Sie verbinden Abflussrinnen-Lokalisierungen mit Schwankungen im Mars-Klima, die durch die wechselnde Neigung der Rotationsachse des Planeten verursacht worden sind. Ist die Schräge gering, steht die Mars-Achse beinahe gerade  nach oben und die Oberfläche neben den Polen wird weniger erhitzt als das ganze Jahr hindurch. Bei hoher Schräge im Winter würde mehr von der Oberfläche beschattet, doch in der Sommerzeit würde sie mehr Sonnenlicht als gewöhnlich abbekommen.

"Falls die Erklärung korrekt ist, werden die Abflussrinnen heute um den Südpol gebildet", sagte Musselwhite. "Jene, die weiter vom Pol entfernt sind, sind dann älter. Sie dürfen erwarten, dass diese in der Zeitspanne der hohen Neigung nahe am Äquator, wenn die Achse mehr überschattet ist, gebildet werden. Einige könnte jetzt auf einer jährlichen Grundlage gebildet werden."

Diese Idee wird durch Beweise unterstützt, die wie einige Untersucher sagen, nahelegen, dass Abflussrinnen heute nahe dem Südpol, aber nicht nahe des Äquator gebildet würden. Mehrere multiple Bilder der gleiche Abflussrinnen sind nötig, um dies zu überprüfen, ergänzte Musselwhite.

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