Planetary Science

Marslandschaft

Ein Geologe in den USA behauptet, den ersten starken Beweis für Plattentektonik auf dem Mars gefunden zu haben, indem er Satellitenbilder eines riesigen Trogs in der Marsoberfläche untersuchte. Bisher hatte man angenommen, dass tektonische Bewegungen nur auf der Erde vorhanden waren.

An Yin, Professor für Geologie an der University of California, Los Angeles, entdeckte die tektonische Aktivität in Valles Marineris – einem 4000 km langen Canyonsystem, benannt nach dem Mariner 9 Mars Orbiter, der das System in den 1970er Jahren entdeckte. Valles Marineris erstreckt sich über ein Fünftel der Marsoberfläche und erreicht Tiefen von bis zu 7 km. Der 1,6 km tiefe Grand Canyon der Erde ist im Vergleich dazu nur ein Oberflächenkratzer.

Die Entstehung von Valles Marineris ist trotz vier Jahrzehnten Forschung immer noch nicht verstanden. Die am weitesten verbreitete Theorie ist, dass die Ausbreitung der Marsoberfläche das System geschaffen hat, ähnlich wie sich Rifttäler auf der Erde bilden, wobei der resultierende Riss durch Erosion vertieft wird. Aber Yin hat jetzt Beweise für einen völlig anderen Prozess gefunden.

Auf der Suche nach Hinweisen

Yin verwendete hochauflösende Bilder, die von mehreren Mars-Orbitern aufgenommen wurden, darunter der Mars Odyssey und der Mars Reconnaissance Orbiter der NASA. Er konzentrierte sich besonders auf die südliche Region Valles Marineris, wo ein 2400 km langer Trog drei große Schluchten verbindet: die Ius, Melas und Coprates Chasmata. Er durchforstete diese Bilder sorgfältig, um nach „kinematischen Indikatoren“ auf der Marsoberfläche zu suchen – Markierungen, die zeigen, wie sich die Kruste bewegt hat. Er entdeckte Fehler im Ius Melas Coprates Trog mit einer konsistenten, schrägen Ausrichtung, was auf eine horizontale Scherbewegung hinweist. Er bemerkte auch „kopflose“ Erdrutsche am Boden des Trogs – das heißt, Erdrutsche ohne nachvollziehbare Quelle, möglicherweise verursacht durch eine horizontale Bewegung der Kruste seit dem Auftreten der Erdrutsche.

Darüber hinaus ist Valles Marineris außergewöhnlich lang und gerade. „Auf der Erde gibt es nur eine Art von Fehler, der eine sehr gerade und lineare Spur machen kann“, sagt Yin, „und das ist ein“Strike-Slip“ –Fehler – ein Fehler, der sich horizontal über eine sehr große Entfernung bewegt.“ Er fügt hinzu, dass die Felsen auf beiden Seiten von Valles Marineris extrem flach sind, während Felsen in der Nähe eines Risses dazu neigen, geneigt zu sein.

Kalifornien auf dem Mars

Yin untersuchte die Offsets von drei Oberflächenmerkmalen um die Verwerfungszone, um das Ausmaß des Schlupfes abzuschätzen. Alle drei Messungen ergaben ungefähr den gleichen Wert – 150 km – für die Gesamtstrecke, die der Fehler zurücklegte. Im Vergleich dazu hat sich die San-Andreas-Verwerfung in Kalifornien um 300 km bewegt, was bedeutet, dass die beiden Verwerfungen, gemessen an den Radien der Planeten, ähnlich sind (der Radius der Erde ist etwa doppelt so groß wie der des Mars).

Alle Beweise von Yin weisen auf ein Schlag-Schlupf-System an einer Plattengrenze hin, das auch als Transformationsfehler bekannt ist. „Wenn Sie starre Blöcke auf der Lithosphäre eines Planeten haben, die sich horizontal über eine große Entfernung bewegen, dann ist das Plattentektonik“, sagt Yin. Er nennt die beiden Platten „Valles Marineris Nord“ und „Valles Marineris Süd“.

„Wenn die Rekonstruktion richtig ist, handelt es sich eindeutig um einen großen Transformationsfehler“, sagt Norm Sleep, Professor für Geophysik an der Stanford University. Sleep kommentiert auch, dass der Fehler „einen Netto-Subduktionseffekt an einem Ende und einen Netto-Spreizeffekt am anderen Ende“ haben sollte.

„Das östliche Ende ist ein ‚Ausbreitungszentrum‘ ohne Ausbruch von Vulkangestein“, bestätigt Yin, „während das westliche Ende eine mit Vulkangestein gefüllte Extensionszone ist.“

Primitive Tektonik

Yin glaubt, dass die Verwerfungszone Valles Marineris heute noch aktiv ist, aber dass Erschütterungen – oder „Marsbeben“ – wahrscheinlich selten vorkommen. „Wenn unsere Marsgeschichte stimmt, hat sich alles tektonisch sehr langsam entwickelt“, sagt er, „so dass der in Valles Marineris gefundene Fehler alle Millionen Jahre aufwachen kann.“

Dieses langsame geologische Tempo könnte erklären, warum sich der rote Planet im Vergleich zur Erde in einem primitiven Stadium der Plattentektonik befindet. Yin stellt fest, dass die plattentektonische Aktivität auf dem Mars lokalisiert ist und nur etwa 20-25% der Marsoberfläche bedeckt – der Rest des Mars zeigt keine Anzeichen tektonischer Aktivität.

Warum haben Erde und Mars Plattentektonik, aber nicht Merkur und Venus? Yin glaubt, dass dies mit der Dichte der Kruste eines Planeten während seiner frühen Entstehung zusammenhängt, die bestimmen würde, ob gebrochene Krustenstücke in den darunter liegenden Mantel subduzieren könnten. Er hofft, diese Hypothese in einem zukünftigen Papier zu veröffentlichen.

Die Forschung wird in Lithosphäre beschrieben.

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