Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

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Inneres Sonnensystem
Was den inneren Aufbau des Mars betrifft, ergeben sich einige interessante Fragen. Sie betreffen z.B.
den physikalischen Zustand und die Entstehung und zeitliche Entwicklung des innersten Kernbereichs.
Die Entdeckung von remanentem Magnetismus scheint jedenfalls darauf hinzudeuten, daß es in
fernster Vergangenheit zumindest einmal kurzzeitig ein durch interne Strömungen verursachtes
Magnetfeld gegeben hat, welches heute weitgehend verschwunden ist. Mantelkonvektion hat auf jeden
Fall in der Vergangenheit stattgefunden, wie noch heute einige eindrucksvolle Oberflächenformationen
beweisen. Zu erwähnen ist insbesondere die Tharsis-Aufwölbung (Durchmesser rund 8000 km), auf
der sich mächtige Schildvulkane (z.B. Olympus Mons) befinden oder das Gebiet um das Valles
Marineris, einem riesigen Grabenbruchsystem. Computersimulationen zeigen, daß z.B. die Tharsis-
Region durch einen riesigen Mantelplume vor mehr als 3.5 Milliarden Jahren entstanden sein könnte.
Zu dieser Zeit haben sich in mehreren Schüben riesige Lavamassen über Teile des Planeten ergossen.
Diese Lava war sehr heiß und dementsprechend recht dünnflüssig. Man vermutet, daß sie entweder
vom basaltischen oder komatiitischen Typ war (Komatiite sind ultramafische, d.h. magnesiumreiche
Silikatschmelzen, die auf der Erde nur vor rund 1.7 Milliarden Jahren in Erscheinung traten).
Gegenwärtig ist der Abkühlungsprozeß des Planeten wahrscheinlich bereits soweit fortgeschritten, daß
Konvektionsströmungen im Mantelbereich nur noch eingeschränkt möglich sind. Nur im Bereich des
Tharsis-Plumes scheint der Vulkanismus erst in den letzten 150 Millionen Jahren endgültig
abgeklungen zu sein wie Kraterzählungen im Bereich der Gipfelcalderen nahe legen (GERHARD
NEUKUM, 2005). Eine Vermutung, die durch die ersten Ergebnisse von Mars-Expreß gestützt wird.
Neuere Untersuchungen lassen für die Entstehung der Tharsis-Aufwölbung aber auch einen anderen
Mechanismus denkbar erscheinen. Danach hat ein starker Impakt in der Frühzeit des Mars die Energie
geliefert, um einen wesentlichen Teil des Marsmantels im Bereich des Einschlags zumindest teilweise
aufschmelzen zu lassen. Die aufgeschmolzenen Regionen sind bei einem derartigen katastrophalen
Ereignis recht heterogen in der Marskruste und im Marsmantel verteilt. Die oberen Bereiche erfahren
aufgrund ihrer fluiden Eigenschaften und ihrer höheren Temperatur gegenüber der Umgebung einen
Auftrieb, der letztendlich den isostatischen Ausgleich (der durch den Impakt empfindlich gestört
wurde) fördert. Auf diese Weise entsteht – ähnlich wie bei einem Mantelplume – eine Aufwölbung, an
deren Oberfläche eine zeitlang permanent geschmolzenes Material austritt und den Impaktkrater
vollständig überformt. Eine genaue Analyse dieser im Detail sehr komplexen Vorgänge zeigt, daß man
zur Erklärung der Tharsis-Aufwölbung nicht unbedingt einen klassischen Mantelplume, der seinen
Ausgang an der Kern-Mantel-Grenze nimmt, benötigt. Auch ein impaktinduzierter Mantelplume kann
zu der beobachteten Geomorphologie führen und sogar einige geologische Besonderheiten besser
erklären. Welche der beiden Modelle der Wahrheit am nächsten kommt, können jedoch erst weitere
Untersuchungen klären.
Bei der Ausdifferenzierung des Mantels in der Frühgeschichte des Mars wanderten die schweren
Elemente in Richtung Kern, wohingegen die leichteren Elemente (hauptsächlich in Form von Si-Al-
Verbindungen) unter Volumenvergrößerung nach oben wanderten. Das führte in der verhältnismäßig
starken Kruste (>40 km, Erde 5-30 km) zu Spannungen, die sich unter der Bildung von
verhältnismäßig flachen Dehnungsrissen lösten. Die dabei entstandenen morphologischen Strukturen
kann man sehr gut auf den Aufnahmen des Mars Global Surveyor und noch besser – da in 3D – auf den
Aufnahmen von Mars-Expreß beobachten. Zurzeit wird auch die Theorie der sog. „Ein-Platten-
Tektonik“ diskutiert. Darunter versteht man eine äußerst langsame Bewegung der Marskruste als