Wie verschwindet das Methan auf dem Mars?

Die Prozesse, die der Freisetzung und dem Verbrauch von Methan auf dem Mars zugrunde liegen, wurden diskutiert seit vor rund 15 Jahren erstmals Methan gemessen wurde. Nun hat eine interdisziplinäre Forschergruppe an der Universität Aarhus einen bis jetzt übersehenen physikalisch-chemischen Prozess vorgeschlagen, der den Verbrauch von Methan erklären könnte.

Vor ungefähr 15 Jahren konnte man zum ersten Mal über das Vorhandensein von Methan in der Marsatmosphäre lesen. Dies stieß auch außerhalb von wissenschaftlichen Kreisen auf großes Interesse, da Methan nach unseren Erkenntnissen auf der Erde als Biosignatur, das heißt als Zeichen biologischer Aktivität und damit von Leben angesehen wird.

In den folgenden Jahren konnte man Artikel lesen, die abwechselnd über das Vorhandensein und Fehlen von Methan berichteten. Diese gegensätzlichen Meldungen führten zu Zweifeln an der Genauigkeit der ersten Methan-Messungen. Jüngste Messungen von Methan in der Marsatmosphäre haben nun gezeigt, dass die Dynamik real genug ist und die Tatsache, dass manchmal nur sehr geringe Konzentrationen gemessen werden können, auf einen ungelösten Mechanismus zurückzuführen ist, der Methan aus der Atmosphäre verschwinden lässt, und nicht auf eine Fehlmessung.

Die Quellen von Methan oder die Ursachen für sein Verschwinden sind derzeit nicht bekannt. Insbesondere letzteres, das rasche Verschwinden von Methan, lässt eine plausible mechanistische Erklärung vermissen. Der offensichtlichste Mechanismus, nämlich der durch UV-Strahlung verursachte photochemische Abbau von Methan, kann das schnelle Verschwinden von Methan nicht erklären, was eine Voraussetzung für die Erklärung der Dynamik ist.

Erosion und Chemie

Die Forscher von der Universität Aarhus haben vor kurzem im Journal Icarus einen Artikel veröffentlicht, in dem sie einen neuen Mechanismus vorschlagen, der das Verschwinden von Methan auf dem Mars erklären könnte. Die interdisziplinäre Mars-Gruppe untersucht seit Jahren die Bedeutung der windbedingten Erosion von Mineralien unter Mars-ähnlichen Bedingungen, für die Bildung reaktiver Oberflächen unter marsähnlichen Bedingungen. Zu diesem Zweck hat die Forschergruppe Geräte und Methoden entwickelt, um die Erosion auf dem Mars in ihren irdischen Labors zu simulieren.

Basierend auf Mars-analogen Mineralien wie Basalt und Plagioklas haben die Forscher gezeigt, dass diese Feststoffe oxidieren können und Gase während der Erosionsprozesse ionisieren. Das ionisierte Methan reagiert also mit den Mineralien auf der Oberfläche und bindet sich an diese. Das Forscherteam hat gezeigt, dass das Kohlenstoffatom wie die Methylgruppe aus Methan, sich direkt an das Siliciumatom im Plagioklas bindet, welches auch eine dominierende Komponente des Oberflächenmaterials des Mars ist.

Was die Forscher im Labor sehen, könnte auch den Verlust an Methan auf dem Mars erklären. Durch diesen Mechanismus, der viel effektiver als photochemische Prozesse ist, könnte Methan innerhalb der beobachteten Zeit aus der Atmosphäre entfernt und im Marsboden abgelagert werden.

Beeinflusst die Möglichkeit von Leben

Ferner hat die Forschergruppe gezeigt, dass die Mineralien auf der Oberfläche zur Bildung reaktiver Chemikalien wie Wasserstoffperoxid und Sauerstoffradikale führen können, die für lebende Organismen inklusive Bakterien sehr giftig sind.

Die Ergebnisse der Gruppe sind wichtig, um die Möglichkeit von Leben auf oder nahe der Marsoberfläche einzuschätzen. In einer Reihe von Folgestudien werden die Forscher nun untersuchen, was mit dem gebundenen Methan passiert und ob der Erosionsprozess neben den Gasen in der Atmosphäre auch komplexere organische Stoffe verändert oder sogar vollständig entfernt, die entweder auf dem Mars entstanden sind oder mit Meteoriten auf dem Mars landeten.

Die Ergebnisse haben somit Einfluss auf unser Verständnis über die Erhaltung von organischem Material auf dem Mars und damit der grundlegenden Frage von Leben auf dem Mars – unter anderem im Zusammenhang mit der Interpretation von Ergebnissen des kommenden ExoMars-Rovers, den die ESA voraussichtlich im Jahr 2021 auf dem Mars landen wird.