Mars-Entdeckung: Verborgenes Magma-Netzwerk unter der Kruste

Unter dem Mars arbeitete einst ein verborgenes Magma-Netzwerk Seit mehr als drei Jahren sendet die NASA-Sonde InSight kein Signal mehr. Doch die Messungen des stillgelegten Marslanders erzählen weiterhin neue Geschichten über den Roten Planeten – und eine davon reicht rund 24 Kilometer tief unter seine staubige Oberfläche.

Ein Forschungsteam unter Leitung der Universität Oxford hat in den seismischen Daten Hinweise auf ein ausgedehntes System ehemaliger Magmareservoirs gefunden. Demnach war das Innere des Mars erheblich dynamischer und komplexer, als Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler lange angenommen hatten.

Statt einiger voneinander isolierter Magmakammern könnten einst über viele Höhenstufen der Kruste miteinander verbundene Bereiche existiert haben: tiefe Zonen, in denen sich Magma sammelte, darüberliegende Speicher und Aufstiegswege, durch die veränderte Gesteinsschmelzen in Richtung Oberfläche gelangten. In der Fachsprache wird dies als transkrustales Magmasystem bezeichnet.

Marsbeben machten das Unsichtbare sichtbar Die Grundlage der Entdeckung bilden Messungen der NASA-Mission InSight. Der Lander setzte 2018 in der Ebene Elysium Planitia auf und platzierte dort ein empfindliches Seismometer. Es registrierte Erschütterungen durch Marsbeben und Meteoriteneinschläge, deren Wellen sich durch das Innere des Planeten bewegten. Je nach Dichte, Temperatur und Zusammensetzung des durchquerten Materials verändern solche Wellen ihre Geschwindigkeit und Richtung.

Auf diese Weise können Forschende das Innere eines Planeten untersuchen, ohne auch nur einen Meter tief bohren zu müssen. Die InSight-Mission endete offiziell im Dezember 2022, nachdem Staub auf den Solarpaneelen die Energieversorgung nahezu vollständig zum Erliegen gebracht hatte. Ihre aufgezeichneten Daten werden jedoch noch Jahre später ausgewertet.

Besonders rätselhaft war eine bereits früher erkannte seismische Grenze in rund 20 bis 24 Kilometern Tiefe. Zunächst war unklar, ob dort lediglich unterschiedliche vulkanische Gesteinsschichten aufeinandertrafen oder ob die Struktur auf einen grundlegenden Wandel innerhalb der Marskruste hinwies.

Eine 14 Kilometer mächtige Schicht Das Forschungsteam kombinierte die seismischen Messungen mit thermodynamischen Berechnungen, Gesteinsdaten und statistischen Modellen. Das Ergebnis: Oberhalb der Grenze passen die gemessenen Wellengeschwindigkeiten am besten zu sogenanntem mafischem Gestein – vergleichbar mit basaltischem Material, das relativ viel Eisen und Magnesium enthält.

Unterhalb der Grenze dominieren den Modellen zufolge ultramafische Gesteine mit noch höheren Anteilen an Eisen und Magnesium und einem geringeren Siliziumgehalt. Diese Schicht reicht vermutlich bis zur eigentlichen Kruste-Mantel-Grenze in etwa 38 Kilometern Tiefe. Damit wäre sie ungefähr 14 Kilometer mächtig.

Die wahrscheinlichste Erklärung ist, dass sich dort in der Frühgeschichte des Planeten über längere Zeit große Mengen Magma ansammelten. Während die Schmelze langsam abkühlte, sanken schwere Kristalle nach unten. Leichtere und chemisch weiterentwickelte Schmelzen stiegen dagegen in höhere Krustenbereiche auf.

Zurück blieb eine dichte, an bestimmten Bestandteilen verarmte Gesteinsschicht – gewissermaßen der geologische Fußabdruck einer gewaltigen unterirdischen Magmafabrik.

Warum „Magmaflüsse“ nur ein Bild sind Von unterirdischen Flüssen zu sprechen, weckt die Vorstellung glühender Ströme, die noch heute durch große Hohlräume unter dem Mars rauschen. Genau das zeigt die Untersuchung jedoch nicht.

Entdeckt wurde kein offener Kanal und auch keine direkt messbare, flüssige Magmaschicht in 24 Kilometern Tiefe. Die Forschenden rekonstruieren vielmehr Prozesse, die sich vermutlich vor Milliarden Jahren abspielten. Sichtbar sind heute die seismischen Eigenschaften des zurückgebliebenen Gesteins.

Auch die genaue räumliche Ausdehnung lässt sich bislang nicht vollständig bestimmen. Die detailliertesten Daten stammen aus der Umgebung des InSight-Landeplatzes. Ähnliche Grenzschichten wurden jedoch an weiteren Stellen der nördlichen Marshemisphäre seismisch erkannt. Das deutet darauf hin, dass die entsprechenden Prozesse nicht auf einen einzigen kleinen Bereich beschränkt waren.

Komplexe Geologie ohne bewegliche Kontinente Die besondere Bedeutung der Entdeckung liegt in einer lange verbreiteten Annahme: Komplexe, über mehrere Krustenschichten verbundene Magmasysteme galten vor allem als Folge von Plattentektonik.

Auf der Erde verschieben sich große Krustenplatten, stoßen zusammen oder tauchen in den Mantel ab. Dadurch werden Gesteine aufgeschmolzen, chemisch verändert und immer wieder in den geologischen Kreislauf zurückgeführt. Diese Prozesse tragen zur Entstehung von Kontinenten, Vulkanen, Ozeanbecken und langfristigen Stoffkreisläufen bei.

Mars besitzt nach heutigem Wissen keine vergleichbare globale Plattentektonik. Seine äußere Hülle verhält sich eher wie ein weitgehend unbeweglicher Deckel. Dennoch zeigen die neuen Ergebnisse, dass heißes Material aus dem Mantel aufsteigen, die untere Kruste erhitzen und dort ausgedehnte Magmasysteme erzeugen konnte.

Damit wäre Plattentektonik nicht die einzige Möglichkeit, eine einfache ursprüngliche Kruste in chemisch vielfältigere Gesteine umzuwandeln.

Was das mit Wasser und möglichen Lebensräumen zu tun hat Vulkanismus ist für die Entwicklung eines Planeten weit mehr als eine Quelle glühender Lava. Magma kann Wasser, Kohlendioxid und andere flüchtige Stoffe aus dem Inneren transportieren. Gelangen diese an die Oberfläche, können sie zum Aufbau einer Atmosphäre beitragen und den Wasserkreislauf beeinflussen.

Geothermische Wärme kann zudem Wasser im Untergrund erwärmen. Auf der Erde entstehen in solchen hydrothermalen Umgebungen chemische Energiequellen, die Mikroorganismen auch ohne Sonnenlicht nutzen können.

Die Studie weist nicht nach, dass solche Organismen auf dem Mars existierten. Sie macht aber einen geologischen Mechanismus plausibler, der zeitweise geeignete Bedingungen hätte schaffen können. Die Forschenden fanden außerdem Hinweise darauf, dass die früheren Magmen unterhalb des InSight-Gebiets beträchtliche Mengen Wasser enthalten haben könnten. Diese Schlussfolgerung ist noch mit Unsicherheiten verbunden und muss durch weitere Messungen überprüft werden.

Dass Mars in seiner Vergangenheit grundsätzlich lebensfreundlicher war als heute, ist bereits durch zahlreiche Missionen belegt. Flusstäler, ehemalige Seen, Deltas und wasserabhängige Mineralien zeigen, dass der Planet vor Milliarden Jahren wärmer und feuchter war und eine dichtere Atmosphäre besaß.

Der Rote Planet ist möglicherweise noch nicht vollständig erloschen Eine weitere 2026 veröffentlichte Untersuchung ergänzt das Bild eines überraschend lebendigen Marsinneren. Ein unabhängiges Team analysierte ebenfalls InSight-Daten und identifizierte unter Elysium Planitia Zonen mit ungewöhnlich langsamen seismischen Geschwindigkeiten in rund 70 bis 100 Kilometern Tiefe.

Die Messwerte lassen sich nach Ansicht dieser Forschenden am besten durch teilweise geschmolzenes Mantelgestein erklären. Die geschätzten Schmelzanteile liegen regional bei etwa zwei bis zwölf Prozent. Als mögliche Ursache gilt ein heißer Mantelstrom, der Material aus großer Tiefe nach oben transportiert.

Diese aktuelle Teilaufschmelzung ist nicht identisch mit dem alten Magmasystem in der unteren Kruste. Zusammen zeigen beide Studien jedoch, dass Mars weder in seiner Vergangenheit geologisch so einfach war wie angenommen noch heute vollständig kalt und inaktiv sein muss.

Eine Entdeckung, die weit über den Mars hinausreicht Die Ergebnisse verändern auch die Suche nach bewohnbaren Welten außerhalb unseres Sonnensystems. Bislang galt fehlende Plattentektonik häufig als mögliches Warnsignal: Ohne geologisches Recycling könnten ein stabiler Kohlenstoffkreislauf, eine langlebige Atmosphäre und dauerhaftes Oberflächenwasser schwerer entstehen.

Mars zeigt nun, dass auch kleinere Gesteinsplaneten mit starrer Außenhülle komplexe Magmasysteme entwickeln können. Daraus folgt nicht automatisch, dass solche Planeten bewohnbar sind. Aber sie sollten möglicherweise nicht vorschnell von der Suche ausgeschlossen werden.

Ein alter Datensatz eines verstummten Landers erweitert damit den Kreis der Welten, auf denen sich zumindest zeitweise lebensfreundliche Bedingungen entwickelt haben könnten. Mars wird dadurch nicht über Nacht zu einer zweiten Erde. Er wird aber zu einem noch wertvolleren Beispiel dafür, wie vielfältig die Wege eines Planeten sein können.