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Der Mars ist ein Planet der Superlative. Er hat zwar nur den halben Durchmesser der Erde, dafür sind seine Landschaften und sein Relief viel extremer, als wir es von der Erde gewohnt sind. Das bekannteste Beispiel hierfür ist Olympus Mons, der mit 21 Kilometern Höhe vermutlich höchste Berg des Sonnensystems. In diesem Artikel wird ein weiterer geologischer Superlativ des Mars, das Grabenbruchsystem Valles Marineris, vorgestellt.
Auf jeder Marskarte ist es ein deutlicher Blickfang, und auch mit Amateurteleskopen ist es unter Anwendung der Webcamtechnik unter guten Bedingungen fotografierbar: Valles Marineris, auf deutsch "Mariner-Täler". Der Name der Formation sagt bereits etwas über die Entdeckungsgeschichte des Bruchsystems aus: Es wurde erstmals von den Mariner-Sonden der NASA deutlich als eigene geologische Struktur entdeckt. Wir werden im Laufe dieses Artikels noch sehen, dass es eine der interessantesten und abwechslungsreichsten Marsformationen ist.
Das folgende Bild zeigt eine globale Hubble-Aufnahme des Mars mit Valles Marineris in Äquatornähe (rechter Bildteil).
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Bei solch einem gewaltigen Objekt stellt sich, insbesondere aufgrund seiner geringeren Albedo relativ zum umgebenden Hochland, die Frage, wieso Valles Marineris erst durch die Mariner-Mission entdeckt wurde, zumal es bereits damals hoch auflösende Teleskope gab.
Tatsächlich wurde Valles Marineris bereits in der rein teleskopischen Epoche der Marsforschung beobachtet. Die früheste Sichtung stammt von niemand anderem als Giovanni Schiaparelli. Der Entdecker der berühmten Marskanäle, die erst mit den ersten Beobachtungen durch Mariner endgültig zu Grabe getragen wurden, hat es beobachtet. Er hat es als einen seiner zahlreichen "Canali" in seine noch heute berühmten Marskarten aufgenommen. Somit ist es der einzige Marskanal, der ein echtes geologisches Gegenstück auf dem roten Planeten hat. In einem weiteren Punkt deckt sich Valles Marineris mit den anderen "Canali": Es ist visuell nur mit großen Teleskopen und unter Idealbedingungen (absolute Luftruhe auf der Erde sowie eine klare Marsatmosphäre) an der Grenze der visuellen Auflösung sicher zu beobachten. Somit ist es für den visuellen Beobachter eine sporadische Erscheinung, die nur schwer eindeutig zu verifizieren ist.
Weitere visuelle Beobachtungen zeigten Valles Marineris als kleine, dunkle Albedostruktur. Selbst auf frühen Fotografien erkennt man es als kleine, jedoch verwaschene dunkle Einheit. Ein Grabenbruchsystem kann man jedoch nicht ausmachen.
Soviel zur Geschichte der frühen Beobachtung von Valles Marineris. Mit der Erforschung durch Weltraummissionen konnte eine Fülle neuer Erkenntnisse gewonnen werden.
Beginnen wir mit den, relativ zu den von der Erde bekannten Formationen, gewaltigen Abmessungen von Valles Marineris. Es ist ca. 4000 Kilometer lang, an der breitesten Stelle über 600 Kilometer breit und bis zu sieben Kilometer tief (die Länge ist eine Frage der Auslegung, wie wir später noch sehen werden). Man stelle sich einen Canyon vor, der die USA von der West- bis zur Ostküste komplett durchquert. Das entspricht in etwa den gewaltigen Abmessungen von Valles Marineris.
Valles Marineris bildete sich im Zuge der Aufwölbung der Tharsis-Vulkanprovinz. Diese Vulkanregion hat über 2400 Kilometer Durchmesser und ist an ihrem höchsten Punkt zehn Kilometer hoch. Die Aufwölbung dieser unermesslichen Gesteinsmassen durch einen gewaltigen unterirdischen Hot Spot setzt die umgebende Marskruste unter enorme Spannungen.
Werden diese Spannungen zu stark, bricht die Kruste auf, und es bildet sich eine tektonische Struktur, ein so genannter Grabenbruch. Die Ausdehnung von Valles Marineris zeugt von den enormen Spannungen, denen die Marskruste bei der Entstehung der Tharsis-Region ausgesetzt war.
Der Ursprung liegt genau am höchsten Punkt von Tharsis. Diese Region wird aufgrund ihrer Struktur Noctis Labyrinthus genannt.
Das folgende Foto zeigt diese Region:
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Aufgrund der geologischen Struktur und Entstehung ist es streng genommen falsch, Valles Marineris als Canyonsystem zu bezeichnen, wie es in der Literatur immer wieder vorkommt. Ein Canyon ist im Gegensatz zu einem Grabenbruch dadurch gekennzeichnet, dass er durch fließendes Wasser entstanden ist.
Valles Marineris hat eine so vielfältige Geologie, dass man darüber ganze Bücher schreiben könnte. An dieser Stelle sollen nur die wesentlichen Erscheinungen besprochen und ein grober Überblick gegeben werden.
Zunächst soll der Frage nachgegangen werden, wie die beachtliche Breite von Valles Marineris zustande kam. Das folgende Foto zeigt Ophir Chasma, den nördlichsten Ausläufer von Valles Marineris, aufgenommen mit der High Resolution Stereo Camera (HRSC) auf der ESA-Raumsonde Mars Express.
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Man erkennt am nördlichen Rand gleichmässige, bogenförmige Einbuchtungen. Diese finden sich in vergleichbarer Form entlang des gesamten Valles Marineris. Diese Buchten sind Relikte von großen Hangrutschen, die man im obigen Bild am Boden des Grabens noch eindeutig erkennen kann. Das Tal wurde also durch Erosion in Form von Hangrutschen nachhaltig verbreitert. In wieweit die Verbreitung in der Frühgeschichte durch Tektonik und in welchem Ausmaß durch die Rutschungen verursacht wurde, lässt sich heute nicht mehr mit Sicherheit sagen. Man erkennt jedoch noch die letzte Phase der Verbreitung des Tals.
Ein weiterer interessanter Aspekt ist das mögliche frühere Vorhandensein von Wassereis. Der westliche Bereich von Valles Marineris geht in ein sog. "Ausflußtal" ("Outflow Channel") über, dass in die nördlichen Tiefebenen des Mars mündet. Auf dem nachfolgenden Viking-Bildmosaik von Valles Marineris ist diese Region im rechten Teil des Bildes deutlich zu erkennen.
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In diesen Bereichen zeigen sich in Detailaufnahmen große und kleine stromlinienförmige Inseln. Das ist ein eindeutiges Indiz dafür, dass hier Hindernisse, in aller Regel Impaktkrater, von einem fließfähigen Medium, also Wasser oder Eis in Form von Gletschern, umflossen wurden. Es spielten wahrscheinlich sowohl flüssiges Wasser als auch Eis eine wichtige Rolle bei der Entstehung solcher Gebiete. Die Frage, ob die Ausflusstäler allmählich oder durch plötzliche, katastrophale Fluten erfolgten, ist noch nicht eindeutig geklärt.
Es ist eine Frage der Interpretation, ob diese Ausflußtäler (Gangis Chasma und Capri Chasma) zum Valles Marineris zu zählen sind oder nicht.
Ein weiterer Hinweis auf das frühere Vorhandensein von Gletschern zeigt sich ebenfalls im obigen Bild von Ophir Chasma. Unter einem Hangrutschen erkennt man eine lang gestreckte, zungenförmige Struktur, die sich weit nach Süden erstreckt (rechte Bildhälfte). Diese erinnern morphologisch an irdische Blockgletscher. Möglicherweise sieht man hier die Überreste früherer glazialer Formationen.
Ein weiterer wichtiger geologischer Prozess im Valles Marineris ist die chemische Sedimentation. Chemische Sedimente sind Ablagerungen, die durch chemische Prozesse ausfallen. Beispiele von der Erde sind Kalkablagerungen und Salzwüsten.
Im Valles Marineris wurden, wie auf dem ganzen Mars, keinerlei Carbonate spektral nachgewiesen. Hier sind die Sulfate dominant, die sich eindeutig mittels spektrometrischer Untersuchungen identifizieren lassen. Ein bekanntes Beispiel ist der sog. "Gipsberg".
Das folgende Bild zeigt diesen Gipsberg:
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Es ist eine Schrägansicht, die aus den Bilddaten der High Resolution Stereo Camera (HRSC) auf der ESA-Sonde Mars Express errechnet wurde. An den erodierten Berghängen erkennt man deutlich terrassenartige Schichtungen. Man beachte den Wechsel der Morphologie zum Fuß des Berges hin. Der untere Bereich ist weniger deutlich geschichtet. Hier liegt ein Materialwechsel vor. Hier handelt es sich um Magnesiumsulfat (Kieserit), der deutlich geschichtete Bereich ist Gips (Calciumsulfat).
Die Herkunft dieser Sulfate ist nicht eindeutig geklärt. Es sind sowohl hydrothermale Prozesse möglich, die das Material in Verbindung mit Wasser aus dem Untergrund ausgetrieben haben, als auch die sedimentäre Ablagerung aus einem langsam verdunstenden Gewässer aus der Frühzeit des Mars (sog. Evaporation). Im letzteren Fall kann die Anhäufung des Materials Phasenweise über einen längeren Zeitraum erfolgt sein.
Die Beispiele für interessante Features und Regionen in Valles Marineris ließen sich nahezu beliebig fortsetzen. In diesem Artikel konnte und leider nur ein grober Überblick über diese faszinierende Bruchstruktur mit einigen konkreten Beispielen gegeben werden.
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