MARS
Sorgte Methan einst für Treibhauseffekt?
von Stefan Deiters
astronews.com
25. Januar 2017

Über eines sind sich Marsforscher relativ einig: Auf dem Roten Planeten herrschte vor mehreren Milliarden Jahren ein Klima, das deutlich angenehmere Umweltbedingungen bot als heute. Doch wie konnte sich der Planet einst auf so hohe Temperaturen erwärmen? Wissenschaftler fanden nun Hinweise, dass Methan und Wasserstoff dabei eine wichtige Rolle gespielt haben könnten.

Ein intensiver Treibhauseffekt könnte einst für lebensfreundliche Bedingungen auf dem Mars gesorgt haben. Bild: NASA [Großansicht]

Die Marsmissionen der letzten Jahre, zuletzt der Marsrover Curiosity, haben es gezeigt: Die Bedingungen auf dem Roten Planeten waren vor einigen Milliarden Jahren deutlich angenehmer als heute und könnten vielleicht sogar lebensfreundlich gewesen sein. Überall finden sich Hinweise auf fließendes Wasser und sogar Seen.

Doch es gibt ein Problem: Nach Ansicht der Forscher sollte es auf dem Mars vor drei bis vier Milliarden Jahren zu kalt gewesen sein, um flüssiges Wasser zu ermöglichen. Vor vier Milliarden Jahren leuchtete die Sonne etwa 30 Prozent schwächer als heute, weshalb auch weniger Sonnenstrahlung die Marsoberfläche erreicht hat. Die damals noch vorhandene Atmosphäre muss also durch einen ausgeprägten Treibhauseffekt für höhere Temperaturen gesorgt haben, als es sie heute gibt.

Der übliche Verdächtige wäre hier natürlich Kohlendioxid. Das Gas macht auch heute noch etwa 95 Prozent der dünnen Marsatmosphäre aus. Allerdings dürften sich allein mit diesem Treibhausgas keine Temperaturen erreichen lassen, bei denen auf der Oberfläche auch flüssiges Wasser existieren kann. Die Wissenschaftler stehen hier also vor einem Rätsel.

"Der frühe Mars ist in einer Beziehung einzigartig: Es handelt sich, von der Erde abgesehen, um die einzige planetare Umgebung, bei der wir mit Sicherheit sagen können, dass es hier einmal - zumindest zeitweise - Bedingungen gab, die Leben ermöglicht haben könnten", so Robin Wordsworth von der Harvard John A. Paulson School of Engineering and Applied Sciences. "Wenn wir verstehen, wie der frühe Mars funktioniert hat, könnte das auch Hinweise für die Suche nach Leben auf Planeten außerhalb des Sonnensystems geben."

Wie kam es also zu den vergleichsweise hohen Temperaturen auf dem jungen Mars? "Man kann Klimaberechnungen durchführen, bei denen man so viel Kohlendioxid zur Atmosphäre hinzufügt, dass der Druck Hunderte Mal höher ist als heute und man erreicht noch immer nicht Temperaturen, die zumindest in der Nähe des Schmelzpunkts liegen", so Wordsworth. Zum Treibhauseffekt auf dem jungen Planeten muss also noch mehr beigetragen haben.

Dabei könnte es sich um leichtere Gase wie Wasserstoff handeln, die Gesteinsplaneten im Laufe ihrer Entwicklung langsam ins All verlieren. Genau solche Gase haben sich Wordsworth und sein Team nun genauer angeschaut. Insbesondere interessierten sie sich für Methan, das heute kaum in der Marsatmosphäre nachzuweisen ist. Vor mehreren Milliarden Jahren könnten allerdings geologische Prozesse dafür gesorgt haben, dass es deutlich mehr Methan in der Atmosphäre gab, das dann zu Wasserstoff und anderen Gasen aufgespalten wurde.

Die Wissenschaftler befassten sich mit den grundlegenden Eigenschaften der infrage kommenden Gase. "Wenn man sich exotische Atmosphären ansieht, kann man die nicht einfach mit der Erdatmosphäre vergleichen", unterstreicht Wordsworth. "Man muss ganz am Anfang beginnen. Deswegen haben wir uns angesehen, was passiert, wenn Methan, Wasserstoff und Kohlendioxid kollidieren und wie sie mit Photonen wechselwirken. Es hat sich gezeigt, dass diese Kombination zu einer hohen Absorption von Strahlung führt."

Schon der Astrophysiker Carl Sagan hat in den 1970er Jahren darüber spekuliert, dass Wasserstoff eine wichtige Rolle auf dem jungen Mars gespielt haben könnte. Das Team um Wordsworth konnte den Treibhauseffekt nun erstmals genauer berechnen. Sie konnten so auch zeigen, dass Methan auf dem jungen Mars ein sehr effektives Treibhausgas gewesen sein muss.

"Unsere Studie hat gezeigt, dass der Treibhauseffekt von Wasserstoff und Methan bislang deutlich unterschätzt wurde", so Wordsworth. "Wir haben entdeckt, dass Methan und Wasserstoff in Wechselwirkung mit Kohlendioxid den Mars sehr viel besser aufwärmen konnte als zuvor angenommen." Nach Ansicht der Wissenschaftler könnten diese frühen Prozesse in der Marsatmosphäre auch genau für die komplexeren chemischen Substanzen gesorgt haben, die für die Entstehung von Leben nötig sind.

Über ihre Arbeit berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in den Geophysical Research Letters erschienen ist.