Die Erforschung des Mars fasziniert Wissenschaftler schon seit Jahrzehnten. Insbesondere die Frage, wann genau wichtige Ereignisse wie das Vorhandensein von Wasser oder vulkanische Aktivitäten auf dem Mars stattgefunden haben, ist von zentraler Bedeutung für das Verständnis der Marsgeschichte und der möglichen Entwicklung von Leben. Bislang basierten Datierungen auf dem Mars hauptsächlich auf der Zählung von Einschlagskratern, einer Methode, die zwar Anhaltspunkte liefert, jedoch wenig präzise ist und stark kalibriert werden muss. Doch nun steht ein vielversprechendes Mineral aus Indien im Fokus, das eine revolutionäre Wende bringen könnte: Jarosit aus der Region Kachchh im Bundesstaat Gujarat. Jarosit ist ein eisenhaltiges Sulfatmineral, das sowohl auf der Erde als auch auf dem Mars vorkommt.
Seine Bedeutung für die Marsforschung liegt vor allem darin, dass seine Bildung zwingend Wasser und saure Bedingungen erfordert. Die Entdeckung von Jarosit auf dem Mars liefert daher belastbare Hinweise darauf, dass dort in der Vergangenheit flüssiges Wasser vorhanden gewesen sein muss. Doch Jarosit ist nicht nur ein Indikator für vergangene Umweltbedingungen, es hat auch das Potenzial, als eine Art natürlicher Zeitmesser zu fungieren. Wissenschaftler aus renommierten Institutionen wie dem Physical Research Laboratory in Ahmedabad, dem Indian Institute of Technology in Gandhinagar und Kharagpur, der Presidency University in Kolkata sowie dem CSIR-National Geophysical Research Institute in Hyderabad haben sich gemeinsam der Erforschung von Jarositproben aus Kachchh gewidmet. Aufgrund geologischer Ähnlichkeiten gilt die Region als geeigneter Mars-Analogstandort, weshalb die dortigen Jarosit-Proben Rückschlüsse auf marsianische Materialien ermöglichen.
Im Zentrum der Untersuchungen steht die sogenannte Lumineszenz-Datierung. Diese Methode basiert auf der Fähigkeit bestimmter Mineralien, natürliche radioaktive Strahlung einzufangen und als gespeicherte Energie zu behalten. Diese Energie kann durch Licht oder Hitze wieder freigesetzt werden, wobei das freigesetzte Licht – die Lumineszenz – gemessen wird. Die Intensität der Lumineszenz zeigt an, wie lange das Mineral schon der Strahlung ausgesetzt war, also wann es zuletzt von Licht oder Hitze „reset“ wurde. Diese Technik könnte ermöglichen, Ereignisse auf dem Mars mit einer bisher unerreichten Genauigkeit zu datieren.
Um herauszufinden, ob Jarosit als zuverlässiges Datierungsmaterial geeignet ist, unterzogen die Forscher die Kachchh-Proben verschiedenen Tests. Sie nutzten dabei Thermolumineszenz, bei der die gespeicherte Energie durch Erhitzen freigesetzt wird, und optisch stimulierte Lumineszenz, bei der Licht, insbesondere blaues oder infrarotes Licht, als Anregung dient. Die Tests bestätigten, dass Jarosit tatsächlich Lumineszenzsignale erzeugt und diese messbar sind. Bemerkenswert ist, dass selbst nach Erhitzen bis zu 450 Grad Celsius die grundsätzlichen Lumineszenz-Eigenschaften erhalten blieben, was besonders wichtig ist, da auf dem Mars thermische Prozesse eine Rolle spielen. Eine weitere Herausforderung bei der Nutzung von Lumineszenz-Datierung ist der sogenannte „Fading“-Effekt.
Dabei entweicht die gespeicherte Energie mit der Zeit, selbst ohne äußere Einflüsse, was die Altersbestimmung verfälschen kann. Die Experimente zeigten jedoch, dass bestimmte Lumineszenzsignale im Jarosit, etwa ein Hochtemperatur-Peak bei etwa 350 Grad Celsius und ein infrarot-stimuliertes Signal namens pIRIR225, nahezu ohne Fading auskommen. Diese Stabilität macht sie zu idealen Kandidaten für eine genaue Datierung. Durch die Kombination von Testdaten über die maximale Strahlungsdosis (Sättigung) mit der jährlich auf dem Mars einwirkenden Strahlung, hauptsächlich durch kosmische Strahlen, errechneten die Forscher eine potenzielle Datierungsreichweite von circa 25.000 Jahren.
Das eröffnet die Möglichkeit, relativ junge geologische Ereignisse auf dem Mars präzise zu bestimmen – ein großer Fortschritt im Vergleich zu den bisherigen Methoden. Neben der Möglichkeit, einfache Altersangaben zu machen, kann die Untersuchung von Jarosit auch helfen, die Umweltbedingungen während der Bildung des Minerals zu rekonstruieren. Da Jarosit nur unter sauren und wasserhaltigen Bedingungen entsteht, lassen sich Rückschlüsse auf frühere klimatische und geologische Verhältnisse ziehen. Darüber hinaus kann Jarosit auch organische Moleküle, wie die Aminosäure Glycin, in seiner Struktur einschließen. Dies macht das Mineral zusätzlich spannend für die Suche nach Spuren vergangenen Lebens auf dem Mars.
Natürlich gibt es Einschränkungen. Die Jarosit-Mineralien auf dem Mars könnten leicht andere Eigenschaften besitzen als die auf der Erde gefundenen Analoga. Es bedarf daher weiterer Untersuchungen, idealerweise an tatsächlich von Mars zurückgebrachten Proben oder durch zukünftige Mars-Missionen mit entsprechender wissenschaftlicher Ausrüstung. Die aktuelle Studie ist zudem bisher nur als Preprint veröffentlicht und hat den Peer-Review-Prozess noch nicht vollständig durchlaufen. Trotz dieser Vorbehalte ist es kaum zu überschätzen, wie bedeutend die Entdeckung ist.
Exakte Datierungen könnten nicht nur die Geschichte des Mars besser entziffern, sondern auch Einblicke in die Entwicklung seiner Atmosphäre, sein Klima und damit auch in das Potenzial für Leben in der Vergangenheit geben. Die Möglichkeit, lokale Veränderungen, wie Episoden von Wasserfluss oder Staubstürme, anhand von exakten Zeitpunkten zu verorten, wird zukünftigen Missionen eine wesentlich präzisere Auswertung ermöglichen. Jarosit aus Kachchh könnte somit der Schlüssel sein, den roten Planeten in ein neues Licht zu rücken und unser Verständnis von dessen geologischer Vergangenheit revolutionär zu erweitern. Die laufenden Forschungen und Weiterentwicklungen auf diesem Gebiet stehen exemplarisch für die interdisziplinäre Zusammenarbeit der indischen Forschungseinrichtungen und ihren bedeutenden Beitrag zur internationalen Weltraumforschung. Mit zunehmenden Fortschritten auf dem Gebiet der Lumineszenz-Datierung und der Mars-Exploration wächst die Hoffnung, dass eines Tages detaillierte Zeitpläne für den Mars verfügbar sein werden.
Diese würden es ermöglichen, nicht nur den groben Rahmen der planetaren Entwicklung zu bestimmen, sondern einzelne Ereignisse und Veränderungen des Mars genauer denn je zu verstehen. Insgesamt zeigt die Erforschung des Minerals Jarosit aus Kachchh, wie eng Verbindungen zwischen der Erde und anderen Planeten sein können. Sie verdeutlicht, wie regionale geologische Besonderheiten auf unserem Heimatplaneten eine Schlüsselrolle bei der Erforschung des Weltraums spielen können – und damit auch für das menschliche Wissen über die Entstehung und Entwicklung unseres Sonnensystems insgesamt.
