Ein rosafarbener Marsmeteorit aus der Sahara bewahrt Gestein aus der Frühzeit des Roten Planeten. Teghaza 001 ist mindestens 4,1 Milliarden Jahre alt und gehört zu den drei ältesten bekannten Marsmeteoriten auf der Erde. Seine Minerale zeigen, dass Wasser in die junge Marskruste eindrang und dort mit heißem Gestein reagierte. Gerade diese Kombination macht den Fund zu einer seltenen Probe aus einer Epoche, aus der Raumsonden bisher nur aus der Ferne messen können.
Als der rosafarbene Stein in der Sahara gefunden wurde, deutete äußerlich wenig darauf hin, dass er aus einer außergewöhnlich frühen Phase der Marsgeschichte stammt. Das Material erhielt den Namen Teghaza 001 nach der Salzebene Teghaza in Mali. Acht Bruchstücke gehören zu dem Fund, und erst Laboranalysen machten deutlich, dass ihre Textur und chemische Zusammensetzung nicht zum üblichen Bild vieler Marsmeteoriten passen. Eine Untersuchung am Jet Propulsion Laboratory der NASA beschreibt das Gestein als langsam abgekühlten, plagioklasreichen Gabbro-Diorit, dessen Minerale eine eigenständige geochemische Geschichte bewahrt haben.
Die Marsherkunft war zunächst über Sauerstoffisotope an der University of New Mexico abgesichert worden. Solche Isotopenverhältnisse funktionieren wie geochemische Fingerabdrücke, weil bekannte Marsmeteoriten charakteristische Muster besitzen. Anfangs galt das Material als gewöhnlicher Shergottit, also als Vertreter der häufigsten Gruppe marsianischer Meteorite. Yang Liu vom Jet Propulsion Laboratory der NASA sah bei genauerer Untersuchung jedoch ungewöhnliche Minerale und eine auffällige, nicht brekziierte Struktur. Spätestens mit den Zirkonkristallen wurde klar, dass das Stück aus einer sehr viel älteren geologischen Umgebung stammt.
Für die Altersbestimmung nutzte das Team mehrere voneinander unabhängige geochronologische Verfahren. Uran-Blei-Messungen an Zirkonen ergaben ein gewichtetes Mittel von 4114 ± 17 Millionen Jahren, während eine Bleiblei-Auswertung derselben Minerale 4113 ± 14 Millionen Jahre lieferte. Phosphate kamen mit einer weiteren Bleiblei-Datierung auf 4124 ± 28 Millionen Jahre. Die eng beieinanderliegenden Werte sprechen dafür, dass ein sehr frühes Ereignis die Mineralgeschichte des Gesteins prägte.
Eine zusätzliche Methode entwickelte das Team um François Tissot am California Institute of Technology weiter. Bei dieser In-situ-Rubidium-Strontium-Datierung werden einzelne Mineralkörner direkt auf der Oberfläche untersucht, statt die gesamte Probe aufzulösen. Dafür genügte ein Stück, das kleiner als ein Fingernagel war und nach der Analyse erhalten blieb. Das Verfahren ergab 4238 ± 208 Millionen Jahre. Wegen der größeren Unsicherheit liegt der Wert über einem breiteren Bereich, passt aber zu einer Entstehungs- und Veränderungsgeschichte in der sehr frühen Marskruste.
Besonders wichtig ist, was diese Altersangaben tatsächlich datieren. Nach der Interpretation der Autoren markiert der Zeitraum um 4,1 Milliarden Jahre wahrscheinlich eine hydrothermale Veränderung durch Wasser. Das ursprüngliche magmatische Gestein kann deshalb noch älter sein. Flüssigkeit drang in die Kruste ein, reagierte mit bereits vorhandenen Mineralen und hinterließ chemische Spuren, die heute in Sauerstoffisotopen und wässrig veränderten Phasen erhalten sind.
Solche Reaktionen sind für die Rekonstruktion des frühen Mars entscheidend, weil Meteorite direkte Proben liefern, während Orbiter und Rover überwiegend Oberflächen oder lokal begrenzte Gesteine untersuchen. Auf der Erde existieren zwar zahlreiche Marsmeteorite, doch die Sammlung bildet die alte Kruste des Planeten nur unvollständig ab. Ein früherer Beitrag auf Forschung und Wissen beschreibt etwa einen Marsmeteoriten mit Spuren von Wasser und Sauerstoff; Teghaza 001 erweitert dieses Bild nun um eine geochemisch bislang nicht vertretene Krustenkomponente.
Mineralogie, Textur und Gesamtzusammensetzung unterscheiden sich von allen anderen untersuchten Marsmeteoriten. Die Forscher leiten daraus ab, dass das Ausgangsmagma aus einer eigenständigen Mantelquelle mit sehr ursprünglicher chemischer Zusammensetzung stammte. Das macht die Probe zu einem seltenen Fenster in die Differenzierung des jungen Planeten, als sich Mantel und Kruste noch entwickelten.
Im Vergleich dazu besitzt der ähnlich alte Marsmeteorit ALH84001 eine viel einseitigere Mineralogie und besteht nahezu vollständig aus einem dominierenden Mineral. Teghaza 001 enthält dagegen eine Mischung magmatischer Phasen, die mehrere Prozesse sichtbar macht: langsames Abkühlen, spätere Reaktion mit Flüssigkeit und schließlich starke Stoßbelastung. Gerade die Kombination erlaubt es, verschiedene Stationen derselben Krustenprobe voneinander zu trennen.
Bevor das Gestein die Erde erreichen konnte, musste ein Einschlag es aus dem Mars herausbeschleunigen. Im Material findet sich Reidit, eine Hochdruckform von Zirkon, die nur unter extremer Stoßbelastung entsteht. Eine Impaktschmelze wurde dagegen nicht festgestellt. Dieser Unterschied hilft, die mechanische Belastung einzugrenzen, ohne die ältere chemische Signatur des Gesteins mit einer späteren vollständigen Aufschmelzung zu vermischen.
Alle bekannten Marsmeteorite teilen grundsätzlich eine ähnliche Reise: Ein Einschlag schleudert Material von der Oberfläche oder aus flacher Kruste in den Weltraum, und ein kleiner Teil kreuzt später die Erdbahn. Auf der Erde fallen solche Steine besonders in Wüsten und Eisregionen auf, weil der Untergrund vergleichsweise wenig verdeckt. Seine wissenschaftliche Bedeutung liegt in Entstehung und Veränderung auf dem Mars.
Ein genauer Einschlagskrater lässt sich nicht benennen, doch die Mineralogie passt zu Daten des Mars Reconnaissance Orbiter aus dem stark verkraterten südlichen Hochland. Das Team identifizierte 13 Gebiete, deren Zusammensetzung mit der Probe übereinstimmt. Diese Regionen liegen in einer alten Landschaft, in der sehr frühe Krustengesteine großflächig erhalten geblieben sind. Ein direkter Herkunftsnachweis fehlt, weil ein Meteorit nach dem Auswurf seine geographische Position nicht mitführt.
Die Verbindung von Laborprobe und Orbiterdaten ist trotzdem wertvoll. Aus der Fernerkundung lassen sich Mineralverteilungen über große Flächen erfassen, während ein Meteorit einzelne Mineralkörner mit Isotopenmethoden datierbar macht. Andere Messungen deuten ebenfalls auf umfangreiche Wasservorräte im Marsinneren; Forschung und Wissen berichtete bereits über unterirdische Wassermassen im Mars. Teghaza 001 setzt dazu einen sehr frühen Zeitanker für Wasser-Gestein-Reaktionen in der Kruste.
Eine ergänzende Untersuchung in Science Advances konzentrierte sich auf Calciumphosphate und deren Wasserstoffisotope. Darin steckt eine Mischung aus magmatischem Wasser und einer deuteriumreichen Komponente der damaligen Hydrosphäre. Das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff lag in dieser alten Wasserreserve mindestens ungefähr beim Doppelten von irdischem Meerwasser. Ein solches Signal passt zu Modellen, nach denen leichter Wasserstoff aus der jungen Marsatmosphäre bevorzugt ins All entwich und das verbleibende Wasser relativ mit Deuterium anreicherte.
Damit liefert die Probe einen direkten chemischen Anhaltspunkt für einen frühen atmosphärischen Verlustprozess. Das Ergebnis beweist weder Leben noch eine bestimmte Dauer lebensfreundlicher Bedingungen. Belegt ist, dass Wasserreservoire und Krustengestein bereits in einer sehr frühen Epoche miteinander wechselwirkten. Für die Geschichte des Planeten ist das bedeutsam, weil heutige Oberflächenbedingungen kalt und trocken sind, während ältere Täler, Minerale und Sedimente eine wasserreichere Vergangenheit dokumentieren.
Die Autoren verstehen beide Veröffentlichungen ausdrücklich als Anfang und hoffen, dass weitere Forschungsgruppen das Material untersuchen. Liu bezeichnete den Meteoriten in der NASA-Mitteilung als so ungewöhnlich, dass ein Gutachter ihn einen „Stein von Rosetta für den Mars“ nannte. Lee Saper sprach von der ersten Probe aus einem Teil der Marskruste, der in der irdischen Meteoritensammlung bislang fehlte.
Auch die zerstörungsarme Datierung dürfte künftig eine größere Rolle spielen, weil seltene außerirdische Proben für spätere Verfahren erhalten bleiben. Das gilt besonders für Material von anderen Planeten, Monden und Asteroiden, bei dem jedes Mineralkorn wissenschaftlich wertvoll ist. Tissot hofft, mit dem Verfahren künftig weitere Marsmeteoriten und zurückgebrachte Proben von anderen Himmelskörpern datieren zu können. Liu fasste den Stand der Arbeiten knapp zusammen: „Wir haben erst an der Oberfläche gekratzt.“
Science, A Martian meteorite that formed ≳4.1 billion years ago samples Mars’ early crust and mantle; doi:10.1126/science.adz5646
Science Advances, A Noachian hydrosphere component in the 4.1-Ga Martian meteorite Teghaza 001; doi:10.1126/sciadv.aea3420
NASA Jet Propulsion Laboratory, NASA-funded Study Details One of Oldest Mars Meteorites Ever Found
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