Der Mars galt lange Zeit als trockener, lebensfeindlicher Planet, doch die neuesten seismologischen Daten eröffnen eine faszinierende Sichtweise auf die verborgenen Wasservorräte unter seiner Oberfläche. Insbesondere die Entdeckung einer signifikanten Schicht flüssigen Wassers an der Basis der oberen Kruste lässt faszinierende Rückschlüsse auf die geologische und klimatische Geschichte des Mars zu und schafft neue Perspektiven in der Suche nach bewohnbaren Umgebungen. Seit Jahrzehnten deuten geologische Formen wie ausgetrocknete Flussbetten, Täler und ehemalige Seebecken darauf hin, dass der Mars einst von reichlich Wasser in flüssiger Form bedeckt war. Diese Wasserreserven verschwanden jedoch offensichtlich in der Übergangsphase vom Noachischen und Hesperischen Zeitabschnitt in das heutige kühle und trockene Marsklima. Die Frage, wo das Wasser geblieben ist, beschäftigt Planetenforscher bis heute.
Verschiedene Hypothesen zeichnen ein Bild davon, dass ein Teil des Wassers ins Weltall entwichen ist, ein weiterer Anteil chemisch in der Kruste gebunden wurde, während die Möglichkeit besteht, dass sich flüssiges Wasser in unterirdischen Reservoirs gespeichert hat. Die Erforschung von Marskrustenschichten gestaltet sich jedoch schwierig, da Instrumente wie Bodenradar nur begrenzte Eindringtiefe bieten und somit keine vollständige Darstellung der unteren Kruste zulassen. Hier setzt die Seismologie mit ihrer Fähigkeit zur Analyse von Scherwellen an, um das innere Gefüge des Planeten zu entschlüsseln. Insbesondere die Datenlage der NASA-Mission InSight, welche Marsbeben und Meteoriteneinschläge registrierte, bildete die Grundlage für diese wissenschaftliche Entdeckung. Durch eine innovative Auswertung der Scherwellengeschwindigkeiten in der oberen Marskruste konnten Forscher eine bislang unbekannte, auffallend langsame Schicht in Tiefen von etwa 5,4 bis 8 Kilometern nachvollziehen.
Diese Zone zeichnet sich durch eine deutlich reduzierte seismische Geschwindigkeit aus und wird als hochporöser Bereich interpretiert, der vollständig mit Wasser gesättigt ist. Ihr Volumen schätzt man auf das Äquivalent einer globalen Wasserschicht von 520 bis 780 Metern Dicke, was erstaunlicherweise mit den unbekannten Wassermengen in den Gesamtrechnungen des globalen Marswasserkreislaufs korrespondiert. Eine besondere Herausforderung bestand darin, die Auflösung der Tiefenschichten durch den Einsatz höherfrequenter seismischer Daten deutlich zu verbessern. Während frühere Untersuchungen sich auf Frequenzen unter einem Hertz beschränkten, ermöglichten nun Frequenzen zwischen 0,25 und 4 Hertz eine detaillierte Analyse der Krustenstruktur. Zwei unterschiedliche, sich ergänzende Inversionsmethoden – eine deterministische und eine bayesianische – bestätigten die Konsistenz der Ergebnisse und erhöhten die Zuverlässigkeit dieser sensationellen Entdeckung.
Die obere Schicht bis etwa 0,8 Kilometer Tiefe wird als stark zersplittertes Material mit erhöhtem Porositätsgrad gedeutet, möglicherweise bestehend aus Ejekta, Sedimenten und verwitterten Basalten. Darunter folgt eine massive, erhöhte Scherwellengeschwindigkeit zeigende Zone bis zu einer Tiefe von 5,4 Kilometern, welche als konsolidiertes Gestein mit geringer Porosität gilt. Letztlich teilt die untere Schicht zwischen 5,4 und 8 Kilometern Tiefe eine auffällige seismische Verlangsamung, welche für Forscher der entscheidende Beleg für die Wassersättigung ist. Die thermischen Bedingungen im oberen Marsmantel unterstützen diese Interpretation. Während in flacheren Regionen nahe der Oberfläche die Temperaturen zu gering sind, um flüssiges Wasser zu ermöglichen und Eis vermuten lassen, steigt die Temperatur in der betrachteten Tiefe auf Werte über dem Gefrierpunkt.
Das Druck-Temperatur-Profil spricht dafür, dass unter diesen Bedingungen Wasser in flüssiger Form gespeichert werden kann, ohne sich in einem überkritischen Zustand zu befinden. Diese Hinzufügung eines bedeutenden, flüssigen Wasservorrats unterhalb der oberen Kruste lässt die bisherigen Annahmen über Mars' Wasserkreislauf umfassender werden. Bisher galten Wassermengen von 100 bis 1500 Metern als globales Äquivalent einer Wasserschicht, mit Verlusten durch atmosphärische Entweichung und Gefangennahme durch Hydratation in Mineralen. Die verbleibenden, bislang nicht erklärten Wasservolumina scheinen sich nun in Form von unterirdischen Reservoiren unter der oberen Kruste zu verstecken. Die poröse Gesteinsstruktur, in der das Wasser gespeichert ist, wurde unter Berücksichtigung von seismischen Beobachtungen auf 20 bis 30 Prozent geschätzt, eine Einschätzung, die durch Gravimetrie und Streutheorien unterstützt wird.
Die Schlussfolgerung ist daher, dass flüssiges Wasser im Umfang von mehreren hundert Metern globaler Äquivalentschicht tief in der Marskruste gespeichert sein könnte. Die Entstehung und Erhaltung dieser Wasserschichten wirft ebenfalls spannende Fragen zur geologischen Entwicklung des Planeten auf. Anders als die Erde, verfügt Mars nicht über ein aktives Plattentektoniksystem, das Wasser in große Tiefen transportieren könnte. Stattdessen werden als Wasserpfade vor allem ausgeprägte Netzwerkstrukturen von Frakturen angenommen, die während intensiver meteorischer Einschläge im Noachium entstanden sind. Die spätere tektonische Kontraktion aufgrund abkühlender Planetenkörper könnte zu einer Wiedereröffnung tiefreichender Risse geführt haben, welche den Druck erleichterten und Aufnahme von Wasser in der Tiefe ermöglichten.
Moderne klimatische Verhältnisse verhindern heute das Vordringen von flüssigem Wasser in die obersten fünf Kilometer der Kruste, weshalb diese Fossilien von Wasserschichten primär Überbleibsel der warmen, wasserreichen Vergangenheit des Planeten sind. Diese neu entdeckten Vorkommen flüssigen Wassers erweitern nicht nur unser Verständnis hinsichtlich der martianischen Geodynamik und Kryosphäre. Sie bieten zugleich vielversprechende Ansatzpunkte für die Suche nach potenziellen Lebensräumen außerhalb der Erde. Denn flüssiges Wasser gilt als essentiell für die Existenz und Nachhaltigkeit von Leben, wie wir es kennen. Künftige Missionen mit seismischen Messgeräten an verschiedenen Standorten des Planeten könnten dabei helfen, die globale Verteilung dieser Wasservorkommen weiter zu verfeinern und ein detailliertes Bild der unterirdischen Hydrologie zu skizzieren.
Die tiefen Einblicke in die Marskruste bringen uns somit einen Schritt näher an die Entschlüsselung seiner Geschichte, seiner heutigen Beschaffenheit und der Chancen für Leben jenseits unserer Erde. Zusammenfassend ist die Entdeckung eines flüssigen Wassereises im oberen Marsmantel eine der bedeutendsten geowissenschaftlichen Errungenschaften der letzten Jahre im Bereich der Planetenforschung. Sie verdeutlicht, dass unter der kargen, scheinbar wasserlosen Oberfläche noch reiche Ressourcen verborgen sind, welche das Potenzial bergen, unser Verständnis vom Mars grundlegend zu verändern. Die Erforschung und der Versuch, diese geheimnisvollen Wasserreserven näher zu erforschen, verspricht nicht nur neue Erkenntnisse über den Roten Planeten, sondern auch Impulse für zukünftige Raumfahrtmissionen und die Suche nach Leben im Sonnensystem.
