Forschende haben auf dem Mars ein bisher unbekanntes Eisensulfat identifiziert, das vermutlich nur unter Hitze und Sauerstoff entsteht. Das Material deutet auf geothermische Prozesse in jüngerer Vergangenheit hin und könnte Hinweise auf chemisch aktive Zonen liefern – mit möglichen Auswirkungen auf unser Verständnis des Marsklimas und früherer Lebensbedingungen.
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Spurensuche im roten Staub
Auf der Erde lösen sich viele Sulfate bei Regen rasch auf – auf dem Mars überleben sie hingegen über Milliarden Jahre. Die trockene Atmosphäre schützt die empfindlichen Minerale. Genau diese Eigenschaft nutzen Forschende, um die Vergangenheit des Planeten zu erforschen. Denn jedes Mineral liefert Hinweise darauf, welche Umweltbedingungen einst herrschten – und ob dort Wasser, Wärme oder chemische Reaktionen stattgefunden haben.
Nun hat ein internationales Team ein bislang unbekanntes Eisensulfat entdeckt. Es könnte auf Prozesse hinweisen, die weitaus jünger und dynamischer sind, als man bislang annahm.
Ein Rätsel aus dem Orbit
Seit fast zwei Jahrzehnten analysieren Mars-Orbiter die Oberfläche des Planeten – mit spektroskopischen Instrumenten, die die Zusammensetzung der Minerale anhand ihrer Lichtreflexion bestimmen. Besonders auffällig war ein spektrales Signal, das sich keinem bekannten Stoff zuordnen ließ. Die Beobachtungen konzentrierten sich auf zwei Standorte in der Nähe von Valles Marineris – dem größten Canyon-System des Mars.
„Wir untersuchten zwei sulfathaltige Standorte in der Nähe des riesigen Canyon-Systems Valles Marineris, die mysteriöse Spektralbänder aus Orbitaldaten sowie geschichtete Sulfate und eine faszinierende Geologie aufwiesen“, sagte Dr. Janice Bishop, leitende Wissenschaftlerin am SETI-Institut.
Laborexperimente bestätigen Annahmen
Um das unbekannte Spektralsignal zu entschlüsseln, kombinierten die Forschenden Daten vom Mars mit Laborexperimenten auf der Erde. Dabei reproduzierten sie Bedingungen wie Hitze, Mineralstruktur und Atmosphärenzusammensetzung.
In den Versuchen zeigte sich, dass bei Temperaturen über 100 °C ein neues Mineral entsteht: Eisenhydroxysulfat. Dieser Stoff bildet sich, wenn bestimmte hydratisierte Eisensulfate in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt werden. Die chemische Reaktion verändert die Struktur des Materials so stark, dass sich auch sein Infrarot-Signal drastisch wandelt – was die Entdeckung aus der Umlaufbahn schließlich erklärbar machte.
„Unsere Experimente deuten darauf hin, dass dieses Eisenhydroxysulfat nur entsteht, wenn hydratisierte Eisensulfate in Gegenwart von Sauerstoff erhitzt werden“, so Dr. Johannes Meusburger vom NASA Ames Research Center.
Zwei Fundorte, viele Hinweise
Die Fundstellen – Aram Chaos und das Juventae-Plateau – liegen beide in geologisch aktiven Regionen. In Aram Chaos deuten geschichtete Ablagerungen darauf hin, dass große Wassermengen einst die Landschaft prägten. Als das Wasser zurückwich, blieben Sulfatminerale zurück. Besonders spannend: Unter den sichtbaren Schichten liegen versteckte Zonen mit Eisenhydroxysulfat – also dort, wo einst wohl geothermische Hitze vorhanden war.
Am Juventae-Plateau wiederum sind die Sulfate als dünne Lagen in der Umgebung von Lavaschichten eingebettet. Auch das weist auf eine spätere Erhitzung durch vulkanische Aktivität hin. Laut Dr. Catherine Weitz, Mitautorin der Studie, ließ sich so „das Alter und die Entstehungsbeziehungen zwischen den verschiedenen Einheiten bestimmen“.
Sauerstoff als Reaktionspartner
Ein zentrales Element der Reaktion ist Sauerstoff. Obwohl die heutige Marsatmosphäre überwiegend aus CO₂ besteht, enthält sie noch genug Sauerstoff, um chemische Umwandlungen zu ermöglichen. Die Reaktion lässt sich vereinfacht so darstellen:
4 Fe²⁺SO₄·H₂O + O₂ → 4 Fe³⁺SO₄OH + 2 H₂O
Dabei entsteht Eisenhydroxysulfat und Wasser – ein Prozess, der für den Mars erstaunlich dynamisch ist. Denn er zeigt, dass nicht nur vulkanische Aktivität, sondern auch oxidative Prozesse die Mineralien beeinflusst haben.
Ein Kandidat für ein neues Mineral
Obwohl das entdeckte Eisenhydroxysulfat strukturell dem bekannten Szomolnokit ähnelt, unterscheiden sich beide in ihrer Zusammensetzung und Stabilität. Eisenhydroxysulfat enthält Hydroxidgruppen (OH) statt Wasser (H₂O). Die Forschenden vermuten, dass es sich um ein neues Mineral handelt – allerdings gilt ein Stoff nur dann offiziell als neues Mineral, wenn er auch auf der Erde nachgewiesen wurde.
„Das in diesen Laborexperimenten entstandene Material ist aufgrund seiner einzigartigen Kristallstruktur und thermischen Stabilität wahrscheinlich ein neues Mineral“, sagt Dr. Bishop.
Bedeutung für die Marsforschung
Die Entdeckung wirft ein neues Licht auf die geologische Entwicklung des Planeten. Bisher ging man davon aus, dass viele geochemische Prozesse auf dem Mars frühzeitig zum Erliegen kamen. Doch das Auftreten von Eisenhydroxysulfat in geologisch jungen Regionen legt nahe, dass es auch in der jüngeren Vergangenheit noch Wärmequellen und aktive chemische Umgebungen gab – möglicherweise sogar günstige Bedingungen für mikrobielles Leben.
Forschende hoffen nun, dass künftige Missionen wie Mars Sample Return Proben aus diesen Gebieten zur Erde bringen. Nur so lässt sich das Mineral offiziell bestätigen und seine Rolle in der Geschichte des Mars genauer bestimmen.
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