mars und die terrestrischen planeten - LAMPSACUS.COM

Antrag Schwerpunktprogramm ”Mars und die terrestrischen Planeten”
dem Boden bereits 20–30 K unterhalb der Bodentemperatur liegt (Sutton et al., 1978). Fein verteilter
Staub in der Atmosphäre, der sich bis zu einer Höhe von 50 km erstrecken kann (Jacquin et al.,
1986), hat einen wichtigen Einfluss auf die Oberflächen- und Atmosphärentemperaturen, in dem er die
Sonneneinstrahlung mindert. Diese Staubschleier ändern sich mit Wetter und Klima und beeinflussen
nicht nur nachhaltig die Albedo der Atmosphäre, sondern tragen auch durch Absorption und Streuung
zu einer verminderten Sonneneinstrahlung auf dem Boden bei.
Das Wetter, die atmosphärische Zirkulation des Mars, wird hauptsächlich durch das Zusammenwirken
der solaren Einstrahlung mit Corioliskräften bestimmt und durch Oberflächentopographie und Albedovariationen
modifiziert. Die Abwesenheit ausgedehnter Wasserflächen vereinfacht im Vergleich zur
Erde das Zirkulationsmuster. Der Austausch von Kohlendioxid zwischen Atmosphäre und Polkappen
spielt eine wichtige Rolle für das Klima und hat vermutlich Einfluss auf das Auftreten von Staubstürmen
globalen Ausmaßes. Lokal begrenzte Stürme mit Geschwindigkeiten um 25 m/s werden
wahrscheinlich durch topographische Unterschiede und Albedovariationen verursacht. Im Vergleich zu
Venus und Erde begünstigen die dünne Atmosphäre und die raschere Antwort auf lokale Variationen
der Oberflächentemperatur die Entstehung kleinräumiger Stürme.
Die frühe Geschichte der Marsatmosphäre kann in groben Zügen in ihrem wahrscheinlichen, aber
nicht gesicherten Verlauf dargestellt werden. Wesentliche Fragen sind jedoch noch offen (Owen,
1992). Nach Klimamodellen von McKay und Davis (1991) entwickelte sich das Klima in vier Stadien:
Bis vor etwa 3.8 Ga war das Klima warm und feucht. In dieser Zeit könnte es zur Ausbildung von Ökosystemen
gekommen sein. Danach kühlte das Klima stark ab, so dass Gewässer von meterdicken
Eispanzern bedeckt waren und das Leben zum Rückzug in besonders geschützte Nischen gezwungen
war bzw. sich der veränderten Umwelt anpassen musste. Ab 3.1 Ga vor unserer Zeit führten die
weiter fallenden Temperaturen und Drücke zum Austrocknen der Seen. Danach fiel der Druck unter
den Tripelpunkt des Wassers, so dass flüssiges Wasser nicht mehr stabil war.
Offen ist auch, wie viel volatiles Material in welcher Zeitfolge durch Entgasung des Planeteninneren
freigesetzt wurde, wie viel davon als Folge von welchen Prozessen in den Weltraum entwichen ist, wie
viel in gefrorenem oder chemisch umgewandeltem Zustand verblieben ist und wo sich diese Reservoire
heute befinden. Zur Erosion der Atmosphäre könnte das abnehmende und schließlich verschwindende
Magnetfeld beigetragen haben, das ab etwa 4 Ga vor unserer Zeit (mit großen Unsicherheit)
die Atmosphäre ohne schützende Magnetosphäre der zerstörerischen Wirkung des Sonnenwinds
preisgegeben hat. Um die Atmosphäre wenigstens am Anfang der Entwicklung warm und feucht zu
halten, muss man einen starken Treibhauseffekt postulieren (z.B. Walker 1978), nicht zuletzt, weil
man die früher geringere Leuchtkraft der Sonne (faint-young-sun Problem) kompensieren muss. Als
Treibhausgas kommt am ehesten CO2 in Frage, weil es zum einen heute noch vorhanden ist, und weil
es andererseits nicht leicht durch Photodissoziation zerstört wird. Modellrechnungen zeigen allerdings,
dass ein Partialdruck von 5×10 5 Pa CO2 (das fünffache des gegenwärtigen Atmosphärendrucks an der
Erdoberfläche; man bedenke allerdings die geringere Sonneneinstrahlung) benötigt würde, um die
Oberfläche über den Tripelpunkt des Wassers zu erwärmen (Pollack et al., 1987). Der Atmosphärendruck
und damit die Temperatur könnte im Laufe der Zeit durch Erosion der Atmosphäre oder/und
durch Absorption von CO2 und Wasser im Regolith und durch die irreversible Bildung von Karbonatgesteinen
abgebaut worden sein. Das Porenvolumen des Regoliths ist nach heutigen Vorstellungen
beträchtlich und könnte große Mengen CO2-Eis und Wasser gespeichert haben (Squyres et al., 1992).
Diese Hypothese ist jedoch nicht unproblematisch, da ein starker Treibhauseffekt – und die damit
verbundene Temperaturzunahme – die Absorptionsrate erhöhen und die Bildung von Karbonatgesteinen
beschleunigen würde. Dadurch würde der Druck erniedrigt und der Treibhauseffekt gemindert
werden. Da die genannten Speicherprozesse als sehr effizient angesehen werden, ist es wahrscheinlich
schwierig, eine dichte CO2 Atmosphäre und ein feucht warmes Klima bis vor 3.8 Ga stabil zu halten.
Es ist jedoch denkbar, dass CO2 und Wasser durch exogene und endogene geologische Prozesse
mehr oder weniger episodisch aus dem Regolithreservoir freigesetzt werden. In diesem Szenario
würde die Freisetzung durch Impakt- und vulkanische Ereignisse mit den Verlustprozessen auf interessante
Weise verkoppelt sein und miteinander konkurrieren. Die Anwesenheit anderer Treibhausgase
ist zwar hilfreich und durchaus wahrscheinlich, allerdings unterliegen diese höheren Photodissoziationsraten.
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