Schwarzer Marsstein birgt Spuren uralten Wassers. Forscher sind verblüfft

Ein dunkler Stein vom Roten Planeten, der jahrelang auf seinen großen Auftritt wartete

Jahre lang ruhte er in Laboratorien, einer von vielen marsianischen Funden. Der dunkle Brocken mit dem Spitznamen Black Beauty wirkte auf den ersten Blick völlig unscheinbar. Erst hochauflösende Scans enthüllten, was in seinem Inneren verborgen liegt – ein detailliertes Protokoll der frühesten Geschichte des Roten Planeten, angereichert mit Mineralien, die Spuren von Wasser tragen.

Der Meteorit Black Beauty, wissenschaftlich als NWA 7034 bekannt, gelangte nach einem gewaltigen Einschlag auf der Marsoberfläche zur Erde. Isotopenanalysen bestätigen, dass seine Masse über 4,48 Milliarden Jahre alt ist. Es handelt sich um ein Fragment der Planetenkruste aus jener Zeit, als sich die Bedingungen für eine spätere Lebensentwicklung im gesamten Sonnensystem erst herausbildeten.

Brekzie als natürliches Archiv geologischer Prozesse

Das Gestein gehört zur Kategorie der Brekzien – also Gemischen aus verschiedenen Bruchstücken, die miteinander verbacken sind. Solche Proben sind für Wissenschaftler außerordentlich wertvoll. In einem einzigen Stück bewahren sie nämlich Aufzeichnungen gleich mehrerer geologischer Ereignisse gleichzeitig.

Bislang war es üblich, Meteoriten zu schneiden oder zu zerkleinern, um einen Blick in ihr Inneres zu werfen. Doch dabei wurden unweigerlich Informationen unwiederbringlich vernichtet. Der neueste Ansatz ist grundlegend anders – Black Beauty wurde ohne einen einzigen Schnitt untersucht, und genau dadurch kamen tief in der Gesteinsstruktur verborgene Spuren uralten Wassers zum Vorschein.

Wie man ins Innere eines Meteoriten blickt, ohne ihn zu beschädigen

Die Grundlage der neuen Erkenntnisse bildet eine hochentwickelte Computertomografie. Die Technik ähnelt einer medizinischen CT-Untersuchung, ist aber erheblich präziser und auf sehr dichte geologische Materialien zugeschnitten. Das Forschungsteam schickte schmale Strahlenbündel durch den Stein und rekonstruierte Schicht für Schicht ein dreidimensionales Bild seiner inneren Struktur.

Diese Methode ermöglicht es, feine Unterschiede in Dichte und Mineralzusammensetzung aufzudecken, bevor überhaupt entschieden wird, ob invasivere Tests sinnvoll wären. Im Fall von Black Beauty lieferte sie ein eindeutiges Ergebnis – in der Gesteinsstruktur befinden sich mikroskopisch kleine, aber entscheidende, wasserstoffreiche Fragmente.

Wissenschaftler der Technischen Universität Dänemark kartierten mithilfe der Tomografie das Innere des Meteoriten mit beispielloser Genauigkeit. Sie identifizierten Bereiche mit erhöhter Wasserstoffkonzentration, ohne die Probe in irgendeiner Weise zu beschädigen. Dabei stellte sich heraus, dass die wasserbindenden Mineralien nicht gleichmäßig verteilt sind – sie bilden konkrete Ansammlungen innerhalb der Brekzie.

Wasserreiche Bruchstücke aus längst vergangenen Milliarden von Jahren

Das Forschungsteam beschrieb Ansammlungen von Mineralien aus der Gruppe der hydratisierten Eisenoxide, sogenannter Eisenoxyhydroxide. In der Probe kommen sie als kleine, klar abgrenzbare Körner vor – Klasten innerhalb der Brekzie.

• Volumenmäßig machen sie etwa 0,4 Prozent des Meteoriten aus
• Sie enthalten beträchtliche Mengen chemisch gebundenen Wassers
• Sie können für bis zu 11 Prozent des gesamten Wassergehalts in der Probe verantwortlich sein
• Ihre Struktur entspricht Mineralien, die in Gegenwart von flüssigem Wasser entstehen
• Ihr Vorkommen deutet auf spezifische Temperatur- und Druckbedingungen hin
• Ähnliche Mineralien wurden auch im Jezero-Krater auf dem Mars nachgewiesen

Die Zahlen klingen für sich genommen bescheiden, haben im Kontext der marsianischen Geologie jedoch erhebliches Gewicht. Solche Mineralien entstehen nämlich typischerweise dort, wo flüssiges Wasser, geeignete Temperaturen und ausreichender Druck zusammentreffen. Das ist ein unmissverständliches Signal dafür, dass das Gestein Umwandlungsprozesse in einer flüssigkeitsreichen Umgebung durchlaufen hat – und nicht bloß in einer trockenen, gefrorenen Landschaft.

Der Vergleich dieser Mineralien mit der Datierung der Probe legt nahe, dass Wasser auf der Marsoberfläche oder knapp darunter bereits in den frühen Kapiteln seiner Geschichte vorhanden gewesen sein könnte – zu einer Zeit, als die Erde ihr eigenes Klima gerade erst stabilisierte. Die Forscher betonen, dass dieser Fund die zeitliche Grenze möglicher Bewohnbarkeit des Roten Planeten deutlich weiter in die Vergangenheit verschiebt.

Übereinstimmungen mit Daten des Rovers Perseverance

Das Team verglich die Zusammensetzung von Black Beauty mit Informationen, die aus dem Jezero-Krater stammen und vom Rover Perseverance gesammelt wurden. Die Instrumente an Bord des Rovers detektierten vor Ort hydratisierte Eisenmineralien – strukturell jenen sehr ähnlich, die im Meteoriten gefunden wurden.

Diese Übereinstimmung legt nahe, dass sich die beschriebenen Mineralien in vielen verschiedenen Regionen des Planeten gebildet haben könnten, nicht nur lokal. Wissenschaftler sprechen von einem einst weitreichenden unterirdischen Wasserreservoir knapp unterhalb der Marsoberfläche, dessen Überreste heute an verschiedenen Stellen auftauchen – sowohl in von Rovern untersuchten Gesteinen als auch in Meteoriten, die auf der Erde aufschlagen.

Das Vorhandensein ähnlicher hydratisierter Phasen an verschiedenen marsianischen Standorten stärkt die Theorie eines globalen hydrologischen Kreislaufs in der frühen Geschichte des Planeten. Perseverance registrierte im Jezero-Krater Mineralien wie Goethit und Hämatit, die den in Black Beauty identifizierten Bestandteilen entsprechen.

Der Mars als Archiv, das die Erde längst verloren hat

Eine der gedankenreichsten Thesen betrifft den Vergleich beider Planeten. Die Erde besitzt eine aktive Plattentektonik und intensive Erosion – großartig für die Entwicklung des Lebens, aber fatal für die ältesten Gesteine. Die meisten von ihnen sind längst verschwunden oder so tiefgreifend umgewandelt worden, dass von den ursprünglichen Informationen kaum etwas übrig blieb.

Der Mars ist in dieser Hinsicht konservativer. Das Fehlen der Plattentektonik bewirkte, dass die ältesten Krustenfragmente noch immer ungefähr dort liegen, wo sie vor Milliarden von Jahren entstanden. Meteoriten wie Black Beauty erschließen damit Aufzeichnungen, die auf der Erde unwiederbringlich gelöscht wurden.

Wissenschaftler sprechen von einem „Fenster in die früheste Umgebung felsiger Planeten“. Der schwarze Marsstein bewahrt das, was unser Planet infolge von Milliarden Jahren Lithosphärenbewegung und Erosion eingebüßt hat. Die Untersuchung solcher Meteoriten bietet einen einzigartigen Einblick in die Prozesse, die die inneren Planeten des Sonnensystems in ihren ersten Entwicklungsphasen formten.

Der Meteorit als natürlicher Ersatz für eine Mars-Sample-Return-Mission

Black Beauty wird oft als natürliche Version einer Mars-Probenrückführungsmission bezeichnet. Statt kostspieliger Sonden und Kapseln empfängt die Erde gelegentlich selbst Bruchstücke fremder Planeten in Form von Meteoriten. Das ersetzt das geplante Mars Sample Return-Programm natürlich nicht vollständig, ermöglicht aber eine gezielte Vorbereitung auf die Arbeit mit marsianischem Material.

Das NASA-Programm sieht vor, die vom Rover Perseverance im Jezero-Krater gesammelten Proben zur Erde zu bringen. Der Missionszeitplan wird jedoch zunehmend ungewisser – es gibt Berichte über Verzögerungen und die Notwendigkeit, günstigere Lösungen zu finden. Solange die ersten offiziellen Proben nicht eintreffen, bleiben Meteoriten die wichtigste Quelle marsianischen Materials in irdischen Labors.

Die Analyse von Black Beauty diente darüber hinaus der Entwicklung und Erprobung von Methoden, die künftig auf direkt vom Mars mitgebrachte Proben angewendet werden sollen. Zerstörungsfreie Tomografie, spektroskopische Techniken und Isotopenbestimmung sind Werkzeuge, die bei der zukünftigen Erforschung marsianischer Gesteine eine Schlüsselrolle spielen werden.

Was Wasser im Gestein eigentlich bedeutet – und hat das etwas mit Leben zu tun?

Im Fall von Black Beauty sprechen wir von chemisch gebundenem Wasser – es handelt sich weder um Tropfen noch um Eis in Gesteinshöhlungen. Wasserstoff- und Sauerstoffatome sind direkt in die Mineralstruktur eingebaut. Das reicht für die Schlussfolgerung, dass zum Zeitpunkt der Entstehung dieser Phasen eine Umgebung existierte, in der flüssiges Wasser tatsächlich vorhanden war.

Bedeutet das automatisch, dass auf dem Mars Leben existierte? Nein. Solche Mineralien weisen auf Bedingungen hin, die die Entstehung einfacher organischer Verbindungen und späterer Biologie begünstigen können, sind für sich genommen aber kein Beweis für Mikroorganismen. Sie liefern jedoch einen wichtigen zeitlichen Rahmen: Wenn Wasser sehr früh vorhanden war, hatte der Mars mehr Zeit, Phasen zu durchlaufen, die jenen ähneln, die auf der Erde zur Entstehung des Lebens führten.

Hydratisierte Mineralien gelten den Forschern als Schlüsselindikator für Habitabilität. Sie belegen, dass der Mars in der Vergangenheit Perioden hatte, in denen auf oder knapp unterhalb seiner Oberfläche möglicherweise Bedingungen herrschten, die für präbiotische Chemie günstig gewesen wären. Ob tatsächlich irgendein Lebensprozess stattfand, bleibt eine Herausforderung für künftige Forschungen.

Der Fund wasserreicher Mineralien in einem so alten Gestein verändert unser Verständnis der Marsentwicklung grundlegend. Der Planet war offenbar nicht immer nur eine trockene, lebensfeindliche Welt – er könnte Phasen mit einem aktiven hydrologischen Kreislauf und potenziell lebensfreundlichen Bedingungen durchlaufen haben.