Zürich - Daten der US-amerikanischen Raumsonde Insight liefern erstmals einen Blick unter die Oberfläche des Planeten Mars. Um bis in eine Tiefe von 200 Metern schauen zu können, hat ein internationales Forscherteam ein neues Analyse-Verfahren genutzt, wie es im Fachblatt Nature Communications schreibt.

Die Nasa-Sonde Insight war am 26. November 2018 in der Elysium-Ebene niedergegangen, die an mehrere große Schildvulkane grenzt. Hauptbestandteil des Landers ist ein Seismometer, das Schwingungen des Marsbodens misst. Meteoriteneinschläge und tektonische Aktivitäten lösen Erschütterungen aus, die sich als seismische Wellen durch den gesamten Planetenkörper hindurch ausbreiten – und so auch das Insight-Seismometer erreichen. Die in den ersten zwei Jahren gesammelten Messdaten zeigen, dass der Mars vom Aufbau her der Erde zwar ähnlich ist, aber einen größeren flüssigen Kern und eine dünnere Kruste hat als zuvor angenommen.

ETH Zürich/Géraldine Zenhäusern
Illustration zu den Schichten unter der Oberfläche des Mars

Der Seismologe Manuel Hobiger von der ETH Zürich und Kollegen haben jetzt die Insight-Daten neu analysiert und ihr Augenmerk dabei auf eine andere Art von Schwingungen gerichtet: Vibrationen, die von auf Oberflächenstrukturen treffenden Wind ausgelöst werden. „Auf diese Weise ausgelöste Oberflächenwellen treffen wir auf der Erde häufig an“, schreiben die Forscher, „es ist daher anzunehmen, dass es sie auch auf dem Mars gibt.“ Zwar sei die Region um den Lander relativ flach, aber es gebe auch dort einige Krater sowie Erhebungen am Rand der Ebene, die solche Oberflächenwellen erzeugen.

Mit einem neuen Analyse-Verfahren wurden Hobiger und seine Kollegen tatsächlich fündig. Da die genaue Ausbreitung dieser Schwingungen von Art und Dichte des Materials unter der Oberfläche abhängt, konnten die Wissenschaftler aus den registrierten Vibrationen ein Modell des Aufbaus der oberen 200 Meter der Marskruste entwickeln.

Die Oberfläche des Roten Planeten ist diesem Modell zufolge von einer etwa drei Meter dicken Schicht aus Regolith bedeckt – durch Erosion zu körnigem Material zerriebenem Gestein. Darunter stießen die Forscher auf eine 15 Meter dicke Schicht größerer Gesteinsbrocken – offenbar Auswurfmaterial eines größeren Meteoriteneinschlags. Weiter hinab in die Tiefe folgt dann eine etwa 150 Meter dicke Schicht aus Lava.

Doch innerhalb dieser Lavaschicht – in einer Tiefe von 30 bis 75 Metern – breiten sich die Oberflächenwellen deutlich langsamer aus als für Lavagestein erwartet. Die Forscher interpretieren diese Zone als Sedimentschicht, feinkörnige Ablagerungen durch Wind oder Wasser. Demnach sind die darüber und die darunter liegende Lavaschicht zu unterschiedlichen Zeiten und damit durch verschiedene Vulkanausbrüche entstanden.

Auf Basis von Kraterzählungen in der Elysium-Ebene datieren Hobiger und seine Kollegen das Alter der oberen Lavaschicht auf 1,7 Milliarden Jahre, das der unteren Lavaschicht dagegen auf 3,6 Milliarden Jahre. Zwischen den beiden Ereignissen, die zur Bildung der Lavaschichten führten, war demnach mit etwa zwei Milliarden Jahren genügend Zeit für die Entstehung der 45 Meter dicken Schicht aus Sedimenten.