Küchentrick simuliert vulkanische Prozesse auf Erde und Mars
Mit Sirup und Stärke haben Forschende aus Japan die Funktionsweise von Pseudokratern nachgestellt und vulkanische Prozesse auf Erde und Mars simuliert.
Rund um den Myvatn-See in Island sowie auf dem Mars gibt es sogenannten "wurzellose Vulkankegel". Forschende haben mit einfachsten Küchenzutaten die Entstehung simuliert.
Foto: PantherMedia / Lukasz Janyst
Mit einfachsten Küchenzutaten haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler simuliert, wie sich wurzellose Kegel auf der Erde und dem Mars bilden. Die Experimente zeigen, wie die Dicke der Lava und die Verfügbarkeit von Wasser die Verteilung und Größe dieser Strukturen beeinflussen. Diese Erkenntnisse erweitern unser Wissen über die Geologie des Mars und seine wasserreiche Vergangenheit.
Inhaltsverzeichnis
Wurzellose Kegel – mehr als nur kleine Vulkane
Wurzellose Kegel, auch Pseudokrater genannt, sind vulkanische Strukturen, die sich durch explosive Wechselwirkungen zwischen Lava und wasserhaltigen Schichten bilden. Im Gegensatz zu klassischen Vulkanen, die durch Magma aus der Tiefe entstehen, werden Pseudokrater durch die Reaktion von Oberflächenlava mit Wasser geformt. Diese explosionsartigen Reaktionen führen zur Bildung kleiner Kegel mit einem Durchmesser von wenigen Metern bis hin zu mehreren Hundert Metern.
Besonders auffällig ist die Häufigkeit dieser Strukturen in Island, während sie in anderen Regionen, wie etwa Hawaii, seltener auftreten. Auf dem Mars hingegen wurden ausgedehnte Felder solcher Kegel entdeckt, was ihr Bildungsmechanismus zu einem zentralen Thema in der planetaren Geologie macht.
Ein ungewöhnlicher Ansatz
Ein Team der japanischen Universität Niigata unter der Leitung von Rina Noguchi hat ein spannendes Experiment durchgeführt, um die Entstehung wurzelloser Kegel zu simulieren. Mit einer Mischung aus Stärkesirup, Backpulver und Kuchensirup wurden die Bedingungen auf der Erde und dem Mars nachgeahmt – alles in einer Küche. Diese einfachen Zutaten dienten als Analogmaterialien: Der erhitzte Stärkesirup repräsentierte Lava, während die Mischung aus Backpulver und Kuchensirup eine wasserhaltige Schicht simulierte.
Schematische Darstellung des Experiments (links) und Zustand des Bechers nach Abschluss des Experiments (rechts). In der rechten Abbildung zeigt die hellgrüne gestrichelte Linie die Leitung, die die Oberfläche des Sirups erreichte, und die magentafarbene Linie zeigt die ausgefallene Leitung.
Foto: Niigata University
Bei Temperaturen von etwa 140 °C beginnt Stärkesirup zu karamellisieren – weit unter den über 1000 °C, die natürliche Lava erreicht. Um dennoch explosive Reaktionen auszulösen, nutzte das Team die thermische Zersetzung von Backpulver. „Wenn Backpulver erhitzt wird, setzt es Kohlendioxid frei. Diese Gasfreisetzung verstärkt die Schaumbildung und simuliert die explosiven Prozesse, die zur Bildung von Pseudokratern führen“, erklärte Noguchi. Der Kuchensirup sorgte dafür, dass die Viskosität – also die Fließfähigkeit – der „Lava“ anpassbar war.
Konkurrenz zwischen Kanälen
Das Experiment zeigte, dass die Dicke der Sirupschicht entscheidend für die Entstehung und Verteilung der „Kegel“ ist. „Wir haben beobachtet, dass die Kanäle ihre Struktur oft nicht beibehalten konnten, weil sie durch benachbarte Kanäle unterbrochen wurden“, so Noguchi. Dickere Sirupschichten führten zu mehr Konkurrenz zwischen den Kanälen, was wiederum eine unregelmäßigere Verteilung der Kegel bewirkte.
Interessanterweise bestätigten diese Ergebnisse Beobachtungen auf dem Mars. Dort korrelieren dickere Lavaflüsse mit einer geringeren Anzahl wurzelloser Kegel. In Gebieten mit dünnerer Lava sind hingegen mehr und kleinere Kegel zu finden. Dies liegt daran, dass die Konkurrenz um Wasser in Umgebungen mit vielen Kanälen größer ist, was die Explosionshäufigkeit reduziert.
Relevanz für die Marsforschung
Die Erkenntnisse der Experimente liefern nicht nur Einblicke in die Geologie unseres Planeten, sondern auch in die Vergangenheit des Mars. Wurzellose Kegel könnten Hinweise auf die frühere Verteilung von Wasser und vulkanischer Aktivität auf dem Roten Planeten geben. Fehlgebildete Kanalstrukturen, die sowohl in den Experimenten als auch in terrestrischen Lavaaufschlüssen beobachtet wurden, unterstreichen die Bedeutung der Kanalinteraktion.
Zukünftige Forschungen könnten diese Modelle durch die Kombination von Geländeuntersuchungen und Fernerkundungsdaten weiterentwickeln. Dies würde nicht nur die Entstehungsgeschichte des Mars entschlüsseln, sondern auch neue Erkenntnisse über die Bedingungen liefern, die das Leben auf anderen Planeten möglich machen könnten.
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