„Phoenix“ auf dem Mars Der Schwefelplanet

Heiße Quellen - der Begriff verbreitet eine gewisse Behaglichkeit. Man denkt an gepflegte Kuraufenthalte oder dampfende Tümpel in wilder Natur, etwa im Yellowstone-Nationalpark. Nun verbreitet die Arizona State University die Nachricht, auf dem knochenkalten Mars habe ein in Arizona entwickeltes Messgerät an Bord des Rovers "Spirit" Ablagerungen heißer Quellen entdeckt. Bereits vor Jahresfrist hatte ein verklemmtes Rad der fahrbaren Sonde im Krater Gusev zufällig schneeweißes Pulver zutage gefördert. Aber erst jetzt wurde der Fund in Science präsentiert, gerade noch rechtzeitig vor der Landung der neuen Marssonde "Phoenix".

Auf dem Mars Irdisches zu erkennen, das hat eine lange Tradition. Spätestens seit der nach England emigrierte Hannoveraner Musiker und spätere Starastronom William Herschel 1783 feststellte, dass es auf dem Roten Planeten nicht nur Eiskappen, sondern auch Jahreszeiten gibt, ist der Mars nicht mehr allein deswegen wissenschaftlich interessant, weil er da ist. Wenn er unserer Erde ähnlich ist, war er einst auch ähnlich lebensfreundlich? Ist er es vielleicht sogar heute noch?

Wasser und Schwefeldioxid

Diese Frage hat nicht nur "Phoenix", sondern alle Marsmissionen seit 1975 beflügelt. Auch wenn von denen gerade mal die Hälfte glückte: Man folgte dem Wasser, schon lange bevor die Nasa diese Parole ausgab, weil ohne Wasser keine auch nur irgendwie denkbaren biologischen Vorgänge ablaufen. Und in der Tat häuften sich gerade in letzter Zeit Hinweise auf eine feuchte Urzeit des Mars und auf riesige Wassermengen, die immer noch gefroren unter den Polargebieten lagern. Aber man fand noch mehr. Von einer anderen, weit weniger sympathischen Chemikalie ist in den Pressemitteilungen viel seltener die Rede: vom Schwefeldioxid.

Man erinnert sich an das farblose, stechend riechende Gas vielleicht aus den Zeiten, als noch nicht der Klimawandel die Gemüter bewegte, sondern der saure Regen. In feuchter Luft bildet es schweflige Säure, aus der bei weiterer Oxidation Schwefelsäure wird. Von deren Salzen, den Sulfaten, hat vor allem der europäische "Mars Express" mit seinem Spektrometer "Omega" ausgedehnte Ablagerungen entdeckt. Der Boden der Ebene Meridiani Planum, die Spirits Schwestersonde "Opportunity" seit vier Jahren erkundet, besteht sogar überwiegend aus Sulfat. Es kann sich dabei nur um Verwitterungsprodukte aus einer Zeit handeln, in der die Marsatmosphäre enorme Mengen von Schwefeldioxid enthielt - und wohl auch den durch seinen Geruch nach faulen Eiern bekannten Schwefelwasserstoff.

Schwefelgase aus Vulkanen

Auch das weiße Pulver im Krater Gusev hat wohl etwas mit diesen Gasen zu tun. Chemisch handelt es sich dabei um amorphes, also nichtkristallines Siliciumdioxid, im Deutschen fälschlich auch "Kieselsäure" genannt. In irdischen Thermalquellen löst heißes Wasser das Material aus Gesteinen tief im Fels und scheidet es beim Abkühlen an der Oberfläche ab. Amorphes Siliciumdioxid kann aber auch entstehen, wenn saure vulkanische Gase, etwa eine Mischung aus Wasserdampf und Schwefeldioxid, auf Gestein treffen.

"In saurem Milieu ist Siliciumdioxid unlöslich", erklärt Steven Squyres, Chefwissenschaftler der Rover-Missionen und Erstautor der neuen Science-Publikation. "Dann löst die Säure aus dem Stein alles andere heraus und lässt das Siliciumdioxid übrig." Da die Instrumente der Raumsonde "Spirit" in den Vorkommen im Gusev-Krater auch das gleichfalls säurefeste Titandioxid fanden, sind diese Ablagerungen sehr wahrscheinlich auf diese zweite Art entstanden und nicht in gemütlich dampfenden Quellen flüssigen Wassers.

Woher die Schwefelgase einst kamen, ist kein großes Rätsel. Es sind typische Vulkanemissionen, und der Mars ist übersät von Lavafeldern und Basaltkegeln, die mitunter noch vor wenigen Jahrmillionen rauchten. Die marsweiten Sulfatvorkommen legen nun nahe, dass der Vulkanismus einmal intensiv genug gewesen sein muss, um die Marsatmosphäre mit Schwefeldioxid anzureichern.

Warum der Mars rot ist

Jean-Pierre Bibring vom Institut d'Astrophysique Spatiale in Orsay, der zusammen mit seinen Kollegen die Daten des Omega-Spektrometers auswertet, hat daher vorgeschlagen, jener Ära der Marsgeschichte, in den die Schwefelsalze abgelagert und oxidiert wurden, einen eigenen Namen zu geben: "Theiikium", vom griechischen Wort "theion" für Schwefel. Erst nachdem der Vulkanismus und damit die schwefligen Ausdünstungen im mittleren der drei geologischen Marszeitalter, dem Hesperium (siehe Grafik "Die Marszeitalter"), abgenommen hatten, verschwand das Schwefelgas aus der Marsluft. Seither verwittern die eisenreichen Basalte des Mars nur noch langsam unter Bildung des heute farblich so prominenten roten Eisenoxids. Nach Bibring begann nun das Siderikium, von "sideros", Eisen.

Aber auch vorher dürfte der Schwefel erst von einem bestimmten Zeitpunkt an dominant gewesen sein. In sehr alten Formationen des Noachiums nämlich fand das Omega-Spektrometer an manchen Stellen sogenannte Phyllosilikate. Das sind wasserhaltige Ton-Minerale, die bei der Verwitterung magmatischer Gesteine unter nicht ganz so sauren Bedingungen entstehen. Sie wurden eindeutig vor den Sulfaten abgelagert, und so vermutet Jean-Pierre Bibring vor dem Theiikium noch ein anderes geochemisches Marszeitalter, das "Phyllosium". Es ging zu Ende, als eine besonders schwefelreiche vulkanische Episode, die wahrscheinlich mit der Entstehung des gewaltigen Tharsis-Hochlandes zu tun hatte, den Mars global versauern ließ.

Wo sind die Carbonate der der Mars-Urzeit?

Die Theorie vom Schwefelzeitalter erklärt nun nicht nur die Sulfate auf dem Mars, sondern noch ganz andere Befunde. Allen voran wäre da die Tatsache, dass die Marssonden nirgends nennenswerte Mengen von Carbonaten gefunden haben. Diese Minerale waren aber erwartet worden. Denn Flusstäler und andere Spuren fließenden Wassers beweisen, dass der Mars einmal eine dichtere Atmosphäre gehabt haben muss. Bei dem heute dort herrschenden Luftdruck verdampft Wassereis, noch bevor es schmelzen kann. Nun besteht die Marsatmosphäre aber aus Kohlendioxid. In frühereren Zeiten sollte sich daher etwas von diesem Gas in dem damals flüssigen Wasser unter Bildung von Kohlensäure gelöst haben, die wiederum Silikatgestein langsam zu Carbonaten verwittert. Eine feuchtere Mars-Urzeit muss also Carbonate abgelagert haben - wo sind sie geblieben?

Sie könnten dem Schwefeldioxid zum Opfer gefallen sein. Das verwandelte die Marsgewässer in Säurebäder, die sämtliche Carbonate auflösten oder gar nicht erst entstehen ließen. Doch die Säure hatte noch einen anderen Effekt. Aus der Analyse von Spurengasen in Meteoriten, die wahrscheinlich vom Mars stammen, haben Forscher vor drei Jahren abgeleitet, dass die Durchschnittstemperaturen auf unserem Nachbarplaneten in den vergangenen vier Milliarden Jahren nie höher lagen als null Grad Celsius. Der Mars war also schon in seiner Frühzeit so kalt wie heute. Das wirft selbst dann, wenn man annimmt, dass die Atmosphäre damals viel dichter war, die Frage auf, wie da Wasser fließen und die beobachteten Flusstäler ausgraben konnte.

Leben in Batteriesaäure?

Eine Erklärung bieten auch hier Schwefelgase, die mit Wasser und Gestein zu Säuren und Salzen reagierten und damit die Marsgewässer belasteten. Das senkte ihren Gefrierpunkt, ähnlich wie Streusalz auf winterlichem Glatteis. So bleibt eine 39-prozentige Schwefelsäure oder eine gesättigte Lösung von Eisensulfat noch bei bis zu -70°C flüssig. Bevor der Mars also vor etwa 3,7 Milliarden Jahren aus noch ungeklärten Gründen seine dichte Atmosphäre verlor, hat es dort durchaus Flüsse und Seen gegeben; die Tiefebene der Nordhalbkugel, in der die Sonde "Phoenix" jetzt landen soll, bedeckte vielleicht sogar ein kleiner Ozean. Doch in alldem schwappte vermutlich nur eiskalte Batteriesäure.

Nicht, dass Leben darin völlig unmöglich wäre. Der Biologe Alberto Fairén vom Ames Research Center der Nasa etwa weist darauf hin, dass es auf der Erde Bakterien gibt, die in sauren Flüssigkeitseinschlüssen noch bei -20°C gedeihen. "Die beziehen ihre Energie aus Eisen- und Schwefelverbindungen", sagt Fairén, der es durchaus für möglich hält, dass ähnlich angepasste Mikroben in unterirdischen Salzwasserkammern auf dem Mars auch heute noch ein Dasein fristen. Nur: dass sich Leben an solch extreme Bedingungen anpaßt, heißt noch lange nicht, dass es in solcher Umgebung auch entstehen kann.

Reichte die Zeit für eine biologische Evolution?

Für den Marsforscher Ralf Jaumann vom Institut für Planetenforschung des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt in Berlin sind Temperatur und Säuregrad aber nicht das eigentliche Problem bei der Frage, ob auf dem Mars je eine biologische Evolution in Gang kam. "Wo ich langsam Bedenken kriege, ist die Frage, ob die Zeit dafür reichte." Denn seit 3,7 Milliarden Jahren herrschen auf dem Mars Bedingungen, die keine stabilen offenen Gewässer mehr zulassen. Aber auch bei den 800 Millionen Jahren davor, die vor dem Erstarren der Marskruste vergangen waren, ist völlig unklar, wie lange die Täler und Seen gefüllt waren, denn die heute noch sichtbaren Spuren von Wassererosion sind nur sehr schwer zu datieren. Generell ist Jaumann eher skeptisch. "Der Mars ist eine kalte Wüste und war sicher damals schon eine. Und in einer Wüste regnet es mal an einem Tag und dann jahrelang nicht mehr." Genau so könnte es auf dem Mars bereits tief im Phyllosium ausgesehen haben.

Solche Skepsis hätte gegenwärtig kaum Chancen, in Nasa-Pressetexte Eingang zu finden. Doch ist sie alles andere als ein Grund dafür, die Erforschung des Mars nun aufzugeben. Ganz im Gegenteil. Auch ein immer schon steriler Mars würde uns viel über das Leben lehren. Wenn ein steinerner Planet mit fließendem Wasser nicht reicht, um welches hervorzubringen, muss Leben etwas ganz Einzigartiges sein. Und die Welt, auf der es tatsächlich gedeiht, erst recht.