Was sind Mars-Boxwork-Formationen und warum sind sie wichtig?

Riesige, in Stein gefrorene Netze

Aus dem Orbit sehen sie aus wie riesige Spinnennetze, die in die Oberfläche des Mars geätzt sind – gitterartige Netzwerke von Graten, die sich kilometerweit über die Hänge des Mount Sharp erstrecken. Aus der Nähe hat der Curiosity-Rover der NASA etwas noch wissenschaftlich Bemerkenswerteres entdeckt: Boxwork-Formationen, ein seltenes geologisches Merkmal, das eine Aufzeichnung der alten Grundwasseraktivität aus Milliarden von Jahren bewahrt.

Wissenschaftler sind begeistert, weil diese Strukturen nicht nur optisch auffällig sind. Sie sind mineralogische Zeitkapseln, die chemische Hinweise darauf enthalten, wann es auf dem Mars flüssiges Wasser gab – und möglicherweise Bedingungen, die für mikrobielles Leben geeignet waren.

Was ist Boxwork?

Boxwork ist ein geologischer Begriff für ein Muster aus sich kreuzenden Mineralgraten mit Hohlräumen dazwischen, das eine Waben- oder Gitterstruktur bildet. Auf der Erde ist das Phänomen am besten aus dem Wind Cave National Park in South Dakota bekannt, der etwa 95 % aller bekannten Boxwork-Formationen des Planeten enthält. Dort kristallisierten dünne Calcitklingen in Rissen im umliegenden Kalkstein; über Millionen von Jahren erodierte das weichere Gestein und ließ das härtere Mineralgitter stolz stehen.

Auf dem Mars wurde der Prozess nicht durch Höhlenchemie, sondern durch Grundwasser, das sich durch zerklüftetes Grundgestein bewegte, angetrieben. Als mineralreiches Wasser durch Risse sickerte, lagerte es Verbindungen ab, die diese Zonen verhärteten. Die Winderosion trug dann über Milliarden von Jahren das schwächere umliegende Gestein ab und legte die härteren Grate in dem unverwechselbaren, netzartigen Muster frei, das heute sichtbar ist.

Die Mars-Version übertrifft ihr irdisches Gegenstück. Während die Boxwork-Formationen der Wind Cave typischerweise nur wenige Zentimeter dick sind, sind die Grate auf dem Mount Sharp 1 bis 2 Meter hoch und erstrecken sich über Kilometer des Geländes.

Was Curiosity im Inneren gefunden hat

Nachdem Curiosity die Formationen zuerst aus dem Orbit entdeckt hatte, verbrachte er Monate damit, das tückische Gelände zu befahren – Grate, die kaum breiter als der Rover selbst sind, mit sandgefüllten Hohlräumen, die die Gefahr des Durchrutschens der Räder bergen –, um die Strukturen aus der Nähe zu analysieren. Die Ergebnisse waren signifikant.

• Tonminerale wurden an den Spitzen der Grate nachgewiesen, ein starker Hinweis auf eine anhaltende Wasserwechselwirkung mit Gestein.
• Karbonatminerale traten in den sandigen Hohlräumen zwischen den Graten auf und bildeten sich, wenn Wasser mit Gestein und atmosphärischem Kohlendioxid reagiert.
• Knötchen – erbsengroße Mineralhügel – wurden nicht nur an den zentralen Brüchen gefunden, wo wahrscheinlich Grundwasser eingedrungen war, sondern auch entlang der Gratwände und in den Hohlräumen, was auf eine komplexere und länger andauernde hydrologische Geschichte als ein einzelnes Ereignis hindeutet.
• Am faszinierendsten ist vielleicht, dass das Chemielabor von Curiosity langkettige Kohlenwasserstoffmoleküle – die größten organischen Verbindungen, die jemals auf dem Mars gefunden wurden – in Boxwork-Proben nachwies, Verbindungen, deren Ursprung die Wissenschaftler noch nicht vollständig erklärt haben.

Ein höherer, länger anhaltender Grundwasserspiegel

Die Lage dieser Formationen ist genauso wichtig wie ihre Zusammensetzung. Mount Sharp, formell bekannt als Aeolis Mons, erhebt sich etwa 5 Kilometer über dem Boden des Gale-Kraters. Die Tatsache, dass Boxwork-Grate hoch oben an den Hängen des Berges und nicht nur an seinem Fuß erscheinen, hat eine bemerkenswerte Implikation.

"Boxwork so weit oben am Berg zu sehen, deutet darauf hin, dass der Grundwasserspiegel ziemlich hoch gewesen sein muss. Und das bedeutet, dass das Wasser, das für die Aufrechterhaltung des Lebens benötigt wird, viel länger hätte halten können, als wir dachten." – Tina Seeger, Missionswissenschaftlerin, Rice University

Jede geologische Schicht des Mount Sharp repräsentiert eine andere Ära in der Geschichte des Mars. Das Auffinden von Grundwassersignaturen in höheren Lagen verschiebt die Zeitleiste nach vorne: Flüssiges Wasser könnte auf dem Mars später in der Austrocknungsphase des Planeten vorhanden gewesen sein, als Orbitaldaten allein vermuten ließen.

Warum es für die Astrobiologie wichtig ist

Leben, wie wir es kennen, benötigt flüssiges Wasser, chemische Energie und Zeit. Boxwork-Formationen deuten darauf hin, dass der Mars alle drei in Regionen hatte, die einst als zu trocken und zu spät in der geologischen Geschichte galten. Die Ton- und Karbonatminerale, die in den Graten gefunden wurden, deuten auf Wasser mit relativ neutraler Chemie hin – Bedingungen, die auf der Erde tendenziell gastfreundlich für mikrobielles Leben sind.

Die langkettigen organischen Moleküle fügen eine weitere Dimension hinzu. Obwohl ihre Anwesenheit die Biologie nicht bestätigt, stellen Wissenschaftler fest, dass sie nicht mit mehreren bekannten abiotischen Quellen übereinstimmen, was sie zu einem vorrangigen Ziel für zukünftige Analysen macht.

Was als Nächstes kommt

Curiosity hat vier Bohrproben aus der Boxwork-Region entnommen, wobei die jüngste der fortschrittlichen nasschemischen Analyse des Rovers unterzogen wird. Die Ergebnisse werden dazu beitragen, festzustellen, ob die organischen Verbindungen Überreste alter Chemie – biologisch oder anderweitig – oder das Produkt rein geologischer Prozesse sind.

Die umfassendere Lektion aus den Spinnennetzgesteinen des Mars ist geologische Demut: Merkmale, die aus dem Weltraum einfach erscheinen, verschlüsseln oft die tiefsten Geheimnisse eines Planeten. Je mehr Curiosity diese Mineralgitter liest, desto komplexer – und bewohnbarer – scheint der alte Mars gewesen zu sein.