Fachbereich Geowissenschaften

Die neue HRSC-Aufnahme zeigt die weite Tiefebene von Utopia Planitia in der nördlichen Hemisphäre des Mars (siehe Übersichtskarte). Utopia Planitia ist eines der drei größten Einschlagbecken mit einem Durchmesser von etwa 3.300 Kilometern und ist vermutlich durch den Einschlag eines Asteroiden in der frühen Planetengeschichte entstanden. Seit der Lander Viking 2 im Jahr 1976 die einzigartigen eisreichen Landschaften der Tiefebene enthüllte, steht Utopia im besonderen Interesse der Marsforschung. Die Ebenen enthalten ein großes unterirdisches Eisreservoir, das 2008 durch den Phoenix-Lander spektroskopisch bestätigt wurde. Neben den Spektralmessungen ähneln auch zahlreiche Oberflächenformen jenen periglazialer Landschaften auf der Erde, was auf beträchtliche Wassereisvorkommen unter der Oberfläche hinweist.

Das Farbspiel im neuen HRSC-Bild ist besonders bemerkenswert: Helle Oberflächenablagerungen auf der linken Seite gehen in der Bildmitte in dunkle Ablagerungen über (siehe Farbbild). Die linke Seite besteht aus typischem Marsregolith, während die dunklen Bereiche vulkanische Ascheablagerungen darstellen könnten, die aus mafischen Mineralen wie Olivin und Pyroxen bestehen. Interessanterweise war dieses dunkle Material auf Aufnahmen des Viking-Orbiters aus dem Jahr 1976 noch deutlich weniger verbreitet als heute (siehe rechtes Bild). Äolische Prozesse müssen es in den letzten 50 Jahren abgelagert haben. Der untere linke Bereich zeigt hellere Farbtöne als die Umgebung (siehe Farbbild). In nächtlichen Wärmebildern erscheint dieses Material hingegen dunkler, was darauf hindeutet, dass es sich um lockeren, feinkörnigen Sand handeln könnte, der die tagsüber aufgenommene Wärme nachts schneller verliert. Auf der rechten Seite befindet sich ein etwa 15 Kilometer großer Einschlagkrater mit einer markanten Auswurfdecke (siehe beschriftetes Bild). Diese Decke besteht aus Material, das beim Einschlag aus dem Untergrund herausgeschleudert wurde. In diesem Fall zeigt sie eine geschichtete Struktur, was darauf hindeuten könnte, dass im Untergrund vorhandenes Eis beim Einschlag geschmolzen ist. Der Krater ist zudem von dem bereits erwähnten dunklen Material bedeckt. Neben dem großen Krater sind zahlreiche kleinere Krater mit deutlich ausgeprägten Auswurfdecken zu erkennen. Der große Krater weist zudem ein charakteristisches Muster auf seinem Boden auf, das als konzentrische Kraterfüllung interpretiert wird. Dieses Phänomen ist in den mittleren Breiten des Mars weit verbreitet und besteht überwiegend aus eisreichem Material, das langsame „Fließbewegungen“ zeigt. Ähnliche Ablagerungen treten auch in Tälern auf, wo sie als lineare Talfüllungen bezeichnet werden. Zusammen gelten diese Formen als Analogien zu schuttbedeckten Gletschern auf der Erde.

Die linke Seite des Bildes zeigt ein markantes Merkmal von Utopia Planitia: bis zu zwei Kilometer breite und 20 Kilometer lange Senken schneiden sich und bilden ein polygonales Muster. Diese Strukturen werden als Gräben interpretiert, die zusammen ein großräumiges polygonales Netzwerk bilden (siehe beschriftetes Bild). Auch in der Bildmitte sind diese Gräben erkennbar, wirken dort jedoch weniger deutlich ausgeprägt. Dies könnte darauf zurückzuführen sein, dass sie mit anderem Material verfüllt wurden oder ursprünglich nicht sehr tief waren. Die Entstehung dieser Grabenstrukturen ist komplex und möglicherweise mit großen Wassermengen verbunden. Als Teil der nördlichen Tiefebenen wurde Utopia Planitia lange Zeit als möglicher Standort eines früheren Gewässers diskutiert – möglicherweise eines Sees oder sogar eines Ozeans in der frühen Marsgeschichte. Das Gebiet könnte Sedimente angesammelt und als Senke für Ablagerungen gedient haben. Feuchte, feinkörnige Sedimente hätten sich verdichtet und entlang der unterlagernden Topografie bewegt. Auch tektonische Prozesse könnten zur Bildung dieser Grabenstrukturen beigetragen haben. Auf der Erde wurden ähnliche polygonale Grabennetzwerke in Sedimentgesteinen unterhalb von Ozeanen entdeckt. Einige Gräben zeigen entlang ihrer oberen Ränder dunkle Schichten, die möglicherweise austretende feinkörnige Asche darstellen. Diese Strukturen setzen sich über das gesamte Gebiet von Utopia Planitia fort und bedecken eine große Fläche.

Das dunkle Material auf der rechten Seite des Bildes zeigt in einigen Bereichen Erosionsspuren und ist nicht mehr als geschlossene Schicht erhalten. Zwischen den widerstandsfähigen dunklen Erhebungen befinden sich Vertiefungen. Diese runden bis elliptischen Vertiefungen werden als  muschelförmige Senken („scalloped depressions“) bezeichnet. Mit höher aufgelösten Bildern wird die Namensgebung verständlich: Die Ränder dieser Senken erinnern an die Form von Muschelschalen (siehe HiRISE Bild). Diese Strukturen sind in den mittleren Breiten des Mars weit verbreitet und werden als periglaziale Formen interpretiert. Sie sind vermutlich das Ergebnis des Abschmelzens oder des Verdampfens von Eis im Untergrund. Die daraus resultierende Absenkung der Oberfläche wird als Thermokarst bezeichnet. Charakteristisch für diese Senken ist eine steile, polwärts gerichtete Böschung und eine flachere, äquatorwärts gerichtete Seite. Diese Asymmetrie wird durch unterschiedliche Sonneneinstrahlung erklärt: Die stärker bestrahlten äquatorseitigen Hänge fördern die Sublimation von Eis stärker als die schattigeren, polseitigen Hänge. Die muschelförmigen Senken treten selten isoliert auf, sondern verschmelzen zu größeren Strukturen – ein eindrucksvolles Beispiel dafür, dass sich die Oberfläche des Mars kontinuierlich verändert.