22. November 2018
Mission Mars Express

Die Grä­ben des Nils auf dem Mars

Der Übergang von Hoch- zu Tiefland bei Nili Fossae
Der Über­gang von Hoch- zu Tief­land bei Ni­li Fossae
Bild 1/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Der Übergang von Hoch- zu Tiefland bei Nili Fossae

Die Di­cho­to­mie­gren­ze, der Über­gang zwi­schen dem Mars­hoch­land und den Tiefebe­nen der nörd­li­chen He­mi­sphä­re, wur­de im Ver­lauf der Mars­ge­schich­te durch Ero­si­on "an­ge­nagt". Da­bei ent­wi­ckel­te sich das heu­ti­ge Land­schafts­bild ei­ner viel­fäl­tig ge­glie­der­ten und stark zer­furch­ten Ober­flä­che. Das et­wa zwei- bis drei­tau­send Me­ter ho­he Pla­teau des Hoch­lands wur­de von Eis, Was­ser und Wind, stel­len­wei­se auch von Vul­ka­nis­mus und Tek­to­nik, al­so Kräf­ten aus dem In­nern des Pla­ne­ten, ver­än­dert. Nach Nor­den ab­flie­ßen­des Was­ser ero­dier­te die Ge­län­de­kan­te und prä­pa­rier­te die frei ste­hen­den In­sel- oder "Zeu­gen­ber­ge" und Hü­gel des Vor­lands her­aus. Wind ver­frach­te­te vul­ka­ni­schen Sand und Staub in die da­bei ent­stan­de­nen Tä­ler und Sen­ken des nörd­li­chen Vor­lands (Nor­den ist im Bild rechts). Um die De­tails auf der Mar­so­ber­flä­che bes­ser un­ter­schei­den zu kön­nen, wur­de der Kon­trast in den ein­zel­nen Farb­kanä­len ver­stärkt - aus die­sem Grund ha­ben die dunk­len Staub- und Sand­se­di­men­te teil­wei­se ei­nen dun­kelblau­en Farb­ton.
Perspektivischer Blick von Südosten auf ein Tal im Norden der Nili Fossae
Per­spek­ti­vi­scher Blick von Süd­os­ten auf ein Tal im Nor­den der Ni­li Fossae
Bild 2/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Perspektivischer Blick von Südosten auf ein Tal im Norden der Nili Fossae

Das Ge­biet der Ni­li Fossae und der sehr ab­wechs­lungs­rei­chen Über­gangs­zo­ne vom Mars­hoch­land zu den nörd­li­chen Tiefebe­nen ist geo­lo­gisch, aber auch mi­ne­ra­lo­gisch be­deut­sam. In der Mit­te des Bil­des ist ein al­ter Schwemm­fä­cher aus­zu­ma­chen, der ver­mut­lich durch den Ab­fluss von Was­ser aus dem hö­her ge­le­ge­nen Tal und der Ab­la­ge­rung mit­ge­führ­ten Ma­te­ri­als in das brei­te, un­te­re Tal ent­stan­den ist. Spek­tro­sko­pie-Ex­pe­ri­men­te auf meh­re­ren Or­bi­tern iden­ti­fi­zier­ten an den Rän­dern und auf dem Grund ei­ni­ger Tä­ler zum ei­nen was­ser­hal­ti­ge Ton­mi­ne­ra­le, die ver­mut­lich ein Ver­wit­te­rungs­pro­dukt von vul­ka­ni­schem Ba­salt­ge­stein sind und dort in wäss­ri­ger Um­ge­bung ab­ge­la­gert wur­den. Ni­li Fossae ist aber ei­ne der we­ni­gen Stel­len auf dem Mars, an de­nen auch Kar­bo­na­te ent­deckt wur­den. Die am wei­tes­ten ver­brei­te­ten Kar­bo­na­te auf der Er­de sind Kalk­stei­ne (Kal­zi­um­kar­bo­nat oder Kal­zi­um-Ma­gne­si­um­kar­bo­nat, Do­lo­mit) und das Er­geb­nis der Se­di­men­ta­ti­on von Kalkske­let­ten ab­ge­stor­be­ner Klein­st­or­ga­nis­men. In Ni­li Fossae fand man das Kar­bo­nat Ma­gne­sit oder Ma­gne­si­um­kar­bo­nat. Das Ma­gne­si­um stammt ver­mut­lich vom Si­li­kat­mi­ne­ral Oli­vin, dem häu­figs­ten Be­stand­teil von Ba­salt.
Topographische Übersicht der Nili Fossae auf dem Mars
To­po­gra­phi­sche Über­sicht der Ni­li Fossae auf dem Mars
Bild 3/5, Credit: NASA/USGS (MOLA); FU Berlin.

Topographische Übersicht der Nili Fossae auf dem Mars

Die Ni­li Fossae, die "Grä­ben des Nils", sind ein bis zu 30 Ki­lo­me­ter brei­tes, tek­to­ni­sches Gra­ben­sys­tem an der Gren­ze zwi­schen dem Hoch­land des Mars und sei­nen nörd­li­chen Tiefebe­nen. Der Über­gang zwi­schen den bei­den to­po­gra­phi­schen Haupt­land­schaf­ten auf dem Mars, die so­ge­nann­te Di­cho­to­mie­gren­ze, ist hier be­son­ders ty­pisch aus­ge­prägt: Die fla­chen Hoch­lan­de­be­nen bil­den ei­ne nach Nor­den ab­bre­chen­de Ge­län­de­kan­te von meh­re­ren Tau­send Me­tern Hö­he. Im Vor­land exis­tie­ren noch ein­zel­ne, von der Ero­si­on ver­schon­te Ta­fel­ber­ge, und, wei­ter nörd­lich, er­streckt sich aus­ge­dehn­tes hü­ge­li­ges Ter­rain. Die hoch­auf­lö­sen­de DLR-Ste­reo­ka­me­ra HR­SC auf der ESA-Raum­son­de Mars Ex­press scann­te das Ge­biet am 26. Fe­bru­ar 2018 aus et­wa 400 Ki­lo­me­ter Hö­he wäh­rend Or­bit 17.916.
Topographische Bildkarte der Region nördlich der Nili Fossae
To­po­gra­phi­sche Bild­kar­te der Re­gi­on nörd­lich der Ni­li Fossae
Bild 4/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

Topographische Bildkarte der Region nördlich der Nili Fossae

Aus den un­ter ver­schie­de­nen Win­keln auf­ge­nom­me­nen Bild­strei­fen des HR­SC-Ka­me­ra­sys­tems auf Mars Ex­press wer­den di­gi­ta­le Ge­län­de­mo­del­le der Mar­so­ber­flä­che be­rech­net, die für je­den auf­ge­nom­me­nen Bild­punkt ei­ne Hö­hen­in­for­ma­ti­on bein­hal­ten. Das Re­fe­renz­ni­veau, auf den sich die Hö­hen­an­ga­ben be­zie­hen, ist ei­ne ge­dach­te Flä­che glei­cher An­zie­hungs­kraft, wie es auf der Er­de der Mee­res­s­pie­gel dar­stellt. Die­se so­ge­nann­te Äqui­po­ten­ti­al­flä­che hat die Form ei­nes zwei­ach­si­gen El­lip­so­ids und wird in An­leh­nung an das grie­chi­sche Wort für Mars, Ares, Areo­id ge­nannt. Nor­den ist in der Dar­stel­lung rechts.
Durch die Farb­ko­die­rung des di­gi­ta­len Ge­län­de­mo­dells (oben rechts) las­sen sich die Hö­hen­un­ter­schie­de gut er­fas­sen: Das to­po­gra­phi­sche Pro­fil der Re­gi­on um­fasst et­wa 4000 Hö­hen­me­ter: von den höchs­ten Re­gio­nen des Mars­hoch­lan­des im Sü­den (bei­ge und hell­braun) bis zu ei­ni­gen fla­chen Sen­ken im vor­ge­la­ger­ten Tief­land (azur­blau) sind das et­wa so vie­le Hö­hen­me­ter wie vom Gip­fel des Mont Blanc bis zum Rho­ne­tal bei Ly­on. Die ta­fel­berg­ar­ti­gen "Zeu­gen­ber­ge" im ero­dier­ten Über­gang zwi­schen Hoch- und Tief­land ra­gen et­wa 2000 Me­ter aus der Ebe­ne em­por.
3D-Ansicht des nördlichen Teils der Region Nili Fossae
3D-An­sicht des nörd­li­chen Teils der Re­gi­on Ni­li Fossae
Bild 5/5, Credit: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO.

3D-Ansicht des nördlichen Teils der Region Nili Fossae

Aus dem senk­recht auf die Mar­so­ber­flä­che ge­rich­te­ten Na­dir­ka­nal des vom DLR be­trie­be­nen Ka­me­ra­sys­tems HR­SC auf der ESA-Son­de Mars Ex­press und ei­nem der vier schräg bli­cken­den Ste­reo­kanä­le las­sen sich so­ge­nann­te Ana­gly­phen­bil­der er­zeu­gen. Sie er­mög­li­chen bei der Ver­wen­dung ei­ner Rot-Blau- oder Rot-Grün-Bril­le ei­nen rea­lis­ti­schen, drei­di­men­sio­na­len Blick auf die Land­schaft.
Die zer­furch­te Land­schaft am nörd­li­chen Rand des Mars­hoch­lan­des mit ih­ren zahl­rei­chen Ta­fel­ber­gen, Hü­geln und aus dem Hoch­land kom­men­den Tä­lern ist für ei­ne Be­trach­tung in 3D sehr gut ge­eig­net. Das to­po­gra­phi­sche Pro­fil von ins­ge­samt 4000 Me­tern Hö­hen­un­ter­schied lässt er­ah­nen, dass viel­fäl­ti­ge geo­lo­gi­sche und ero­si­ve Pro­zes­se zum heu­ti­gen Land­schafts­bild bei­tru­gen. Die dunk­len Flä­chen sind von vul­ka­ni­schem Sand und Staub be­deckt, der von den Win­den auf dem Mars hier­her ver­frach­tet wur­de.
  • Die Region in der Nähe der Nili Fossae, die auf diesen Bildern der HRSC-Kamera zu sehen ist, befindet sich an der Hochland-Tiefland-Grenze des Mars. Sie ist eines der markantesten topographischen Merkmale unseres Nachbarplaneten.
  • Das Gebiet ist insbesondere wegen seiner vielseitigen Mineralogie interessant für die Marsforschung. Hier weisen Tonminerale und Karbonate, die mithilfe unterschiedlicher Instrumente entdeckt wurden, auf frühere Wasservorkommen hin.
  • Schwerpunkt(e): Raumfahrt, Planetenforschung

Diese Bilder der hochauflösenden Stereokamera HRSC, die vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betrieben wird, zeigen eine Region in der Nähe der Nili Fossae. Die Nili Fossae, oder "Gräben des Nils", befinden sich an der Hochland-Tiefland-Grenze des Mars. Das ist eine topographische Geländekante zwischen dem südlichen Marshochland und dem nördlichen Marstiefland. Tafelberge, Täler und viele kleine Hügel kennzeichnen die Landschaft, die von der Abtragung durch Wasser geprägt wurde. Das HRSC-Experiment befindet sich an Bord der ESA Mission Mars Express, die seit 2003 den Mars umkreist.

Auf den Bildern ist eine Hügellandschaft zu sehen, die von zahlreichen Furchen durchzogen ist. Dieses Gebiet liegt an der sogenannten Dichotomiegrenze oder auch Hochland-Tiefland-Grenze des Mars. Die ausgeprägte Zweiteilung in ein älteres, von Kratern übersätes Hochland südlich des Äquators und eine Tiefebene im Norden des Planeten ist eines der markantesten topographischen Merkmale unseres Nachbarplaneten. Der Übergang ist meist durch eine steile Geländekante markiert, in deren Vorland sich zahlreiche Insel- oder "Zeugenberge" befinden, die Überreste des Hochlands darstellen und der Erosion länger widerstehen konnten. Entlang der Dichotomiegrenze sind häufig die Spuren der Aktivität von Gletschern und Eis zu beobachten, die eine starke Vereisung in der Vergangenheit aufzeigen.

Der südliche Bereich mit plateauartigen Felsen (links in den Bildern 1, 4, 5) liegt deutlich höher verglichen zu den Gebieten weiter im Norden (rechts), die überwiegend aus kleineren Tafelbergen und Hügeln bestehen. Die dazwischenliegenden Vertiefungen wurden durch Erosionsprozesse in der Marsvergangenheit geschaffen. Wasser und Eis haben über Millionen von Jahren das Gesteinsmaterial hangabwärts in das Flachland transportiert. Besonders deutliche Spuren dieser Fließprozesse sind vor allem in den schmalen Tälern zu finden, in denen linienartige Strukturen auf Materialtransport durch Wasser beziehungsweise Eis hindeuten. Die Erhebungen im sich nördlich anschließenden Flachland sind Zeugen des ehemaligen Geländeniveaus und bestehen vermutlich aus resistenterem Material.

Ein heute noch aktiver Prozess auf der Marsoberfläche ist der Transport von Sand und Staub durch Wind. Sichtbare Spuren davon findet man in den mit dunklem Material gefüllten Vertiefungen. Der dunkle Sand ist vulkanischen Ursprungs und bildet weit ausgedehnte Sand- und Dünenfelder.

Tonminerale und Karbonate weisen auf frühere Wasservorkommen hin

Das Gebiet der Nili Fossae ist insbesondere wegen seiner vielseitigen Mineralogie interessant für die Marsforschung. Im Laufe der geologischen Entwicklung des Planeten wandelten sich die Minerale der ursprünglich hier vorhandenen Gesteine durch den Einfluss von Wasser, das über die Oberfläche floss, aber auch - vermutlich durch vulkanische Wärme erhitzt - durch Spalten und Risse in der Gesteinskruste als 'hydrothermale' Lösungen zirkulierte, immer wieder um.
An mehreren Stellen sind Spuren dieser Mineralumwandlungen durch den Einfluss von Wasser zu finden. Instrumente zur Erkundung der mineralogischen Zusammensetzung des Marsgesteins, wie zum Beispiel das Spektrometer OMEGA an Bord von Mars Express, haben in dieser Region unter anderem Tonminerale entdeckt, in deren Kristallstruktur Wassermoleküle eingebaut sind. Das Vorhandensein dieser wasserhaltigen Minerale erlaubt Rückschlüsse auf die Bildungsbedingungen und das frühere Marsklima.

In Nili Fossae wurden aber auch Karbonate entdeckt, die wir auf der Erde hauptsächlich als Kalksteine (Kalziumkarbonat) oder Dolomit (Kalzium-Magnesiumkarbonat) kennen und das Ergebnis der Sedimentation von Kalkskeletten abgestorbener Kleinstorganismen sind. In Teilen von Nili Fossae entdeckte das Spektrometer CRISM auf dem Mars Reconnaissance Orbiter der NASA das Magnesiumkarbonat Magnesit, das dort wahrscheinlich aus dem im Vulkangestein enthaltenen Mineral Olivin gebildet wurde.

  • Bildverarbeitung
    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 26. Februar 2018 während Orbit 17.916 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt 18 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 78 Grad östlicher Länge und 28 Grad nördlicher Breite. Die Farbaufsicht wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt, die perspektivische Schrägansicht wurde aus den Stereokanälen der HRSC berechnet. Das Anaglyphenbild, das bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und den Stereokanälen abgeleitet. Die in Regenbogenfarben kodierte Aufsicht beruht auf einem digitalen Geländemodell (DTM) der Region, von dem sich die Topographie der Landschaft ableiten lässt. Der Referenzkörper für das HRSC-DTM ist eine Äquipotentialfläche des Mars (Areoid). Die systematische Prozessierung der Kameradaten erfolgte am DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten daraus die hier gezeigten Bildprodukte.
  • Das HRSC-Experiment auf Mars Express
    Die High Resolution Stereo Camera wurde am Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) entwickelt und in Kooperation mit industriellen Partnern gebaut (EADS Astrium, Lewicki Microelectronic GmbH und Jena-Optronik GmbH). Das Wissenschaftsteam unter Leitung des Principal Investigators (PI) Prof. Dr. Ralf Jaumann besteht aus 51 Co-Investigatoren, die aus 35 Institutionen und 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.
Kontakt
  • Elke Heinemann
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)

    Kom­mu­ni­ka­ti­on und Pres­se
    Telefon: +49 2203 601-2867
    Linder Höhe
    51147 Köln
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  • Ulrich Köhler
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung
    Rutherfordstraße 2
    12489 Berlin
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  • Prof. Dr. Ralf Jaumann
    Freie Uni­ver­si­tät Ber­lin
    In­sti­tut für Geo­lo­gi­sche Wis­sen­schaf­ten
    Pla­ne­to­lo­gie und Fer­ner­kun­dung
    Telefon: +49-172-2355864
    Malteserstr. 74-100
    12249 Berlin
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  • Dr. Daniela Tirsch
    Deut­sches Zen­trum für Luft- und Raum­fahrt (DLR)
    In­sti­tut für Pla­ne­ten­for­schung
    Rutherfordstraße 2
    12489 Berlin
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