21. November 2019
Mission Mars Express

Gletscher als Landschaftsgestalter: Die Zeugenberge von Deuteronilus Mensae

Bildausschnitt 3: glaziale Fließstrukturen zwischen Tafelbergen
Bildausschnitt 3: glaziale Fließstrukturen zwischen Tafelbergen
Bild 1/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Bildausschnitt 3: glaziale Fließstrukturen zwischen Tafelbergen

In den Niederungen und Tälern zwischen den Tafelbergen in Deuteronilus Mensae sind die Spuren der Abtragung von Gestein des südlichen Marshochlandes, dessen Transport durch langsam fließende Gletscher und seiner Ablagerung allgegenwärtig. Die Textur der Oberfläche zeigt dabei die Fließrichtung und die Richtungsänderungen durch topographische Hindernisse an, die den Gletscher gewissermaßen lenken. In der Bildmitte ist ein etwa zehn Kilometer großer Einschlagskrater zu sehen. Seine schüsselförmige Struktur wurde durch die Ablagerung von Sedimenten eingeebnet. Vom Kraterrand sind nur noch Reste zu sehen.

Blick auf den Norden der Region Deuteronilus Mensae
Blick auf den Norden der Region Deuteronilus Mensae
Bild 2/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Blick auf den Norden der Region Deuteronilus Mensae

In der Übergangszone ragen einzelne, bis zu 30 Kilometer große Tafelberge (Mensae) als „Zeugenberge“ aus der Ebene des weiter südlich (links) gelegenen Marshochlandes heraus. Deuteronilus Mensae ist eine für diese ‚Dichotomiegrenze‘ auf dem Mars sehr typische Region. Die etwa 2.000 Meter hohen Zeugenberge zeigen, dass sich das Marshochland ursprünglich weiter nach Norden erstreckte, aber durch Erosionsprozesse zu großen Teilen abgetragen wurde: Das Eis von Gletschern, aber auch fließendes Wasser, transportierten das Hochlandmaterial nach Norden in die Tiefebenen. Die Spuren der Vergletscherungen sind als verschiedenartige Linienstrukturen besonders gut zwischen den Tafelbergen zu sehen.

Tafelberge und stark erodierter Krater in Deuteronilus Mensae
Tafelberge und stark erodierter Krater in Deuteronilus Mensae
Bild 3/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Tafelberge und stark erodierter Krater in Deuteronilus Mensae

Nachdem das alte Hochland abgetragen wurde, blieben unterschiedlich große „Zeugenberge“ zurück. Ihre plateauartige Oberfläche repräsentieren die Überreste einer einstmals viel weiter nach Norden ausgedehnten Landoberfläche und „bezeugen“ somit die Höhe des ehemaligen Geländeniveaus. Vermutlich hat es mehrere Phasen von Vergletscherung gegeben. Manche Einschlagskrater in der Region, wie jener in der linken Bildhälfte, haben stark erodierte Ränder und wurden von verfrachtetem und abgelagertem Material komplett verfüllt. Nur noch ansatzweise ist dieser Krater als kreisrunde Struktur zu erkennen.

Spuren ehemaliger Vergletscherung in Deuteronilus Mensae
Spuren ehemaliger Vergletscherung in Deuteronilus Mensae
Bild 4/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Spuren ehemaliger Vergletscherung in Deuteronilus Mensae

Das Gelände zwischen den Tafelbergen ist gleichmäßig von Ablagerungen bedeckt. Deren Oberflächentextur deutet stellenweise auf eine viskos kriechende, langsame Abwärtsbewegung eines Gemischs aus Schutt und Eis hin. Die Fließstrukturen, die in der Bildmitte zu sehen sind, ähneln mit Schutt bedeckten Gletschern, wie sie auf der Erde beispielsweise in der Antarktis vorkommen.

Bildausschnitt 1: Überreste von Vergletscherungen in Deuteronilus Mensae
Bildausschnitt 1: Überreste von Vergletscherungen in Deuteronilus Mensae
Bild 5/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Bildausschnitt 1: Überreste von Vergletscherungen in Deuteronilus Mensae

In den Ebenen zwischen den 1.000 bis 2.000 Meter hohen Tafelbergen in Deuteronilus Mensae sind zahlreiche Spuren ehemaliger Vergletscherungen zu sehen, so wie die Struktur in der Bildmitte. Dabei handelt es sich um einen von Gesteinsschutt bedeckten Gletscher. Radarmessungen haben gezeigt, dass unter der sichtbaren Oberfläche noch Eis vorhanden ist, das durch die Bedeckung von Gestein und Geröll vor dem direkten Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand geschützt ist. Auch die Ebenen im linken und im rechten Bilddrittel rühren von Eis her, das unter dem Gewicht der Sedimentfracht und dem Eigengewicht plastisch reagierte und zu fließen begann. Dadurch wurden die Schuttfächer am Fuße der Abhänge von den Tafelbergen wegverfrachtet.

Bildausschnitt 2: von Sedimenten verfüllter Einschlagskrater
Bildausschnitt 2: von Sedimenten verfüllter Einschlagskrater
Bild 6/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Bildausschnitt 2: von Sedimenten verfüllter Einschlagskrater

Die meisten Einschlagskrater in der Region haben stark erodierte Ränder und wurden von verfrachtetem und an anderer Stelle abgelagertem Material fast komplett verfüllt, wie an diesem Beispiel zu sehen ist. Stellenweise sind sie gerade noch als kreisrunde Strukturen mit flachem Boden zu erkennen. Bei diesem 20 Kilometer großen, namenlosen Krater ragt nur noch die Spitze des Zentralbergs aus den Sedimenten heraus.

Bildausschnitt 4: konzentrische Ablagerungen um die Zeugenberge
Bildausschnitt 4: konzentrische Ablagerungen um die Zeugenberge
Bild 7/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Bildausschnitt 4: konzentrische Ablagerungen um die Zeugenberge

Das Gelände zwischen den Tafelbergen ist an vielen Stellen von Ablagerungen bedeckt, deren Oberflächentextur stellenweise auf eine viskos kriechende, langsame Abwärtsbewegung von einem Gemisch aus Schutt und Eis hindeutet. Die konzentrisch um die Plateaus angeordneten Fließstrukturen ähneln Blockgletschern oder vollständig mit Schutt bedeckten Gletschern, wie sie auf der Erde beispielsweise in der Antarktis vorkommen. Das Oberflächenmuster, das von Geröll und Gesteinsschutt auf dem Gletscher gebildet wird, spiegelt unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten des darunter befindlichen viskosen Eises wider. Es gilt als wahrscheinlich, dass sich unter diesem Gesteinsteppich auch heute noch Eis befindet. Ist Eis von Geröll bedeckt, dürfte es für lange Zeit vor der Sublimation geschützt sein (dem Übergang vom festen in den gasförmigen Zustand).

Ausschnitt 5: Bruchstrukturen von Gletschereis in Deuteronilus Mensae
Ausschnitt 5: Bruchstrukturen von Gletschereis in Deuteronilus Mensae
Bild 8/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Ausschnitt 5: Bruchstrukturen von Gletschereis in Deuteronilus Mensae

Aus den glazialen Strukturen in Deuteronilus Mensae schließen einige Wissenschaftler, dass es in geologisch jüngster Zeit – vor hunderttausend bis sogar nur zehntausend Jahren – hier Gletscher gab. In Eiszeiten ähnlich wie auf der Erde dürfte es auch in mittleren Mars-Breiten großflächige polare Vereisungen gegeben haben. Unter den Steinen und dem Geröll, das die langsam fließenden Gletscher bedeckte, könnte sogar heute noch Eis vorhanden sein. Beobachtungen, die mit einem Radarexperiment auf der NASA-Sonde SHARAD (Shallow Radar) gemacht wurden, scheinen diese Theorie zu bestätigen.

Deuteronilus Mensae, Mars: Übergangszone zwischen Hoch- und Tiefland
Deuteronilus Mensae, Mars: Übergangszone zwischen Hoch- und Tiefland
Bild 9/11, Quelle: NASA/JPL (MOLA), FU Berlin

Deuteronilus Mensae, Mars: Übergangszone zwischen Hoch- und Tiefland

Die Mars-Region Deuteronilus Mensae (lat. für die „Tafelberge am zweiten Nil“) ist etwa so groß wie Deutschlands. Sie bildet einen markanten Übergang vom südlichen Hochland zu den ein- bis zweitausend Meter tiefer gelegenen Ebenen des Nordens an der sogenannten Dichotomiegrenze. Diese Übergangszone ist durch zahlreiche freistehende Tafelberge charakterisiert. Diese sind bei der nach Süden vordringenden Erosion übriggeblieben und stehen heute als ‚Zeugenberge‘ frei in der Landschaft. Die DLR-Stereokamera HRSC auf der ESA-Raumsonde Mars Express scannte am 25. Februar 2018 während des Orbits 17.913 das Gebiet mit ihren neun quer zur Flugrichtung angeordneten Sensoren. Die erwähnten Landschaften befinden sich in dem dick umrandeten Rechteck. Es umfasst einen Geländeausschnitt von 170 mal 65 Kilometern.

Topographische Karte des nördlichen Teils von Deuteronilus Mensae
Topographische Karte des nördlichen Teils von Deuteronilus Mensae
Bild 10/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

Topographische Karte des nördlichen Teils von Deuteronilus Mensae

Aus den Bildstreifen, die das Kamerasystem HRSC auf Mars Express aus verschiedenen Winkeln aufgenommen hat, berechnen Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler des DLR und der Freien Universität Berlin digitale Geländemodelle der Marsoberfläche. Dabei birgt jeder Bildpunkt eine Höheninformation in sich. Die Farbkodierung des digitalen Geländemodells (Legende oben rechts) gibt Auskunft über die Höhenunterschiede in der Region: Die Hochflächen der frei in der Landschaft stehenden, zehn bis 30 Kilometer langen Tafelberge befinden sich etwa 2.000 Meter über der Tiefebene. Damit sind sie etwa doppelt so hoch wie der Tafelberg in Kapstadt (Südafrika). Die Höhenangaben reichen von minus 4000 Meter (blau) bis minus 2.000 Meter (rot). Das bedeutet, dass diese Übergangszone bei etwa 40 Grad nördlicher Breite unterhalb des Bezugsniveaus, dem sogenannten Areoiden, liegt (von Ares, der griechischen Entsprechung des römischen Kriegsgottes Mars). Das Areoid ist eine berechnete Fläche gleicher Anziehungskraft undwird von den Wissenschaftlern auch Äquipotentialfläche genannt. Auf der Erde ist diese Bezugsfläche der Meeresspiegel.

3D-Ansicht des nördlichen Teils von Deuteronilus Mensae
3D-Ansicht des nördlichen Teils von Deuteronilus Mensae
Bild 11/11, Quelle: ESA/DLR/FU Berlin, CC BY-SA 3.0 IGO

3D-Ansicht des nördlichen Teils von Deuteronilus Mensae

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 dreidimensionalen Blick auf die Landschaft. Norden liegt im Bild rechts. Die markant aus der Ebene herausragenden Tafelberge, die bei der Erosion des südlichen Hochlands als „Zeugenberge“ in der nördlichen Tiefebene erhalten geblieben sind, haben eine Höhe von etwa 2.000 Metern. Durch die hohe Bildauflösung von 13 Metern pro Pixel kann man sogr auf den abgelagerten Sedimenten zwischen den Tafelbergen Strukturen. Diese lassen Rückschlüsse auf glaziale Erosionsprozesse zu.

  • Wie auf der Erde prägten auch auf dem Mars Gletscher und Eiszeiten die Landschaften. Die Region Deuteronilus Mensae weist viele Spuren von Gletscherbewegungen auf, wie beispielsweise Tafelberge.
  • Das tiefer liegende Gelände im Norden des Mars und die Regionen zwischen den Tafelbergen sind gleichmäßig von Ablagerungen bedeckt, die Blockgletschern auf der Erde ähneln.
  • Messungen ergaben, dass die meisten gletscherartigen Strukturen in Deuteronilus Mensae auch heute noch einen hohen Anteil an reinem Wassereis enthalten (80 bis 90 Prozent).

Wann immer Eiszeiten über die Erde kamen, hatten sie nach dem Rückzug der Eisschilde das Landschaftsbild stark verändert. In den vergangenen zweieinhalb Millionen Jahren kam es allein in Mitteleuropa fünfmal zu massiven Vereisungen. Dabei drang das Eis aus der Arktis bis nach Mitteleuropa vor. Gleichzeitig schoben sich die Gletscher der Alpen kilometerdick weit nach Norden bis zur heutigen Donau. Zogen sich die Gletscher in den Warmzeiten (Interglazialen) wieder zurück, hinterließen sie typische Landschaftsformen mit Moränen oder Eiszeitseen. Die Trogtäler der Alpen mit ihrem U-förmigen Profil zeugen genauso davon wie „Findlinge”, ortsfremde Felsen und Steine aus Skandinavien oder den Alpen. Sie wurden auf den eisigen Förderbändern der Gletscher hunderte von Kilometern verfrachtet. Auch auf dem Mars prägten Gletscher und Eiszeiten die Landschaften. Ein besonders eindrückliches Beispiel ist die Region Deuteronilus Mensae an der Grenze zwischen Marshochland und nördlichen Tiefebenen, wie Aufnahmen der vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) betriebenen Stereokamera HRSC auf der ESA-Mission Mars Express zeigen.

Die Region Deuteronilus Mensae (lat.: Tafelberge am zweiten Nil) ist etwa so groß wie Deutschland. Sie bildet einen markanten Übergang vom südlichen Hochland zu den ein- bis zweitausend Meter tiefer gelegenen Ebenen der nördlichen Hemisphäre, der sogenannte Dichotomiegrenze (BIld 9). Diese ist durch zahlreiche freistehende Tafelberge charakterisiert, die bei der von Norden nach Süden vordringenden Erosion übriggeblieben sind und heute als „Zeugenberge“ frei in der Landschaft stehen.

Abgehobeltes Gestein wurde nach Norden verfrachtet

Die Täler zwischen diesen Zeugenbergen entstanden zum einen durch die erodierende Wirkung von fließenden Gewässern. Häufig finden sich aber auch Spuren, die zeigen, dass auch Gletscher die Landschaft stark geprägt haben. Wie auf der Erde entwickelt das unter dem Eigengewicht ganz langsam fließende Eis von Gletschern eine starke Erosionskraft. Das am Grund der Gletscher abgehobelte Material und das von den steilen Berghängen an den Gletscherseiten auf das Eis fallende Gestein wurde mit den nach Norden kriechenden Gletscherzungen abtransportiert und durch die intensive Reibung zerkleinert.

Die Abtragung des alten Hochlandgebiets hinterließ verschieden große Zeugenberge. Ihre plateauartigen Oberflächen repräsentieren die Überreste einer einstmals viel weiter nach Norden ausgedehnten Landoberfläche und bezeugen somit die Höhe des ehemaligen Geländeniveaus.

Die Geländeformen machen deutlich, dass es mehrere Vergletscherungsphasen gegeben haben muss. Viele Einschlagskrater in der Region haben stark erodierte Ränder und wurden von verfrachtetem und abgelagertem Material fast komplett verfüllt. Stellenweise sind sie heute gerade noch als kreisrunde Strukturen mit flachem Boden zu erkennen, bei manchen Kratern ragt nur noch teilweise der Zentralberg aus den Sedimenten (Bild 5, "Ausschnitt 2").

Mars-Eiszeiten in geologisch jüngster Zeit

Das tiefer liegende Gelände im Norden und die Regionen zwischen den Tafelbergen sind gleichmäßig von Ablagerungen bedeckt, deren Oberflächentextur teilweise auf eine viskos kriechende, langsame Abwärtsbewegung von einem Gemisch aus Schutt und Eis hindeuten. Die konzentrisch um die Plateaus angeordneten Fließstrukturen (Bilder 6 und 7) ähneln Blockgletschern oder vollständig mit Schutt bedeckten Gletschern, wie sie in kaltklimatischen Regionen auf der Erde, beispielsweise in der Antarktis, vorkommen. Das Muster, das Geröll und Gesteinsschutt auf dem sich talwärts schiebenden Gletscher bilden, spiegelt unterschiedliche Fließgeschwindigkeiten des darunter befindlichen viskosen Eises wider.

Sehr wahrscheinlich befindet sich unter diesem Gesteinsteppich sogar heute noch Eis, auch wenn es nicht sichtbar ist. An der Oberfläche existiert Eis auf dem Mars nur in der Nord- und Südpolregion als Eiskappe und als Frost auf Dünenkämmen oder Kraterrändern, also dort, wo die Temperaturen extrem niedrig sind. Häufig ist es gemischt mit Kohlendioxideis. In mittleren Breiten wie in Deuteronilus Mensae erreichen die Temperaturen im Sommer durchaus Plusgrade. An der Oberfläche befindliches Wassereis würde bei dem auf dem Mars herrschenden niedrigen Atmosphärendruck sofort vom festen in den gasförmigen Zustand übergehen (sublimieren). Ist das Eis jedoch von Geröll bedeckt, dürfte es Tausende von Jahren vor Sublimation geschützt sein.

Bei der Interpretation der Strukturen in Deuteronilus Mensae nehmen einige Wissenschaftler deshalb an, dass es in geologisch jüngster Zeit – vor hunderttausend bis zehntausend Jahren – dort Gletscher gab, womöglich sogar Eiszeiten wie auf der Erde. Da die Drehachse des Mars viel häufiger hin- und herpendelt und somit unterschiedliche Gebiete mal zur Sonnen hin oder von ihr abgewendet werden, könnte es auch in diesen mittleren Breiten zu großflächigen polaren Vereisungen gekommen sein.

Bestätigt wird diese Annahme durch die Analyse von Daten des Instruments SHARAD (Shallow Radar) an Bord des Mars Reconnaissance Orbiters der NASA. Mittels Radarstahlen kann es einige hundert Meter in den Boden schauen. Die Messungen zeigen, dass die meisten gletscherartigen Strukturen in Deuteronilus Mensae auch heute noch einen hohen Anteil an reinem Wassereis enthalten (80 bis 90 Prozent). Sie könnten somit die Überreste eines überregionalen Eisschildes sein, das einst die Plateaus und angrenzenden Ebenen der Region bedeckte. Sublimation von Eis im Zuge eines Klimawandels könnte dann zu einem Abbau des großflächigen Eisschildes geführt haben, wodurch die Hänge der Plateaus freigelegt und weiter erodiert wurden. Die im nördlichen Teil des Bildes zu erkennende gerippte Textur (BIlder 4 und 8) der tieferliegenden Flächen kann durch hangabwärts gerichtete Kriechbewegungen des Eis-Schutt-Gemischs und dadurch entstehende Bruch- und Stauchungsmuster erklärt werden.

Weitere Bilder der HRSC finden Sie in der Mars Express-Bildergalerie auf flickr.

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  • Bildverarbeitung
    Die systematische Verarbeitung der Kameradaten erfolgte am DLR-Institut für Planetenforschung. Mitarbeiter der Fachrichtung Planetologie und Fernerkundung der Freien Universität Berlin erstellten daraus die hier gezeigten Bildprodukte. Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 25. Februar 2018 während Orbit 17.913 von Mars Express. Die Bildauflösung beträgt etwa 13 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Bildmitte liegt bei etwa 25,5 Grad östlicher Länge und 44 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 Geländemodell-Daten, den Nadir- und Farbkanälen 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.
  • Das HRSC-Experiment auf Mars Express
    Die High Resolution Stereo Camera, kurz HRSC, 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 50 Co-Investigatoren, die aus 35 Institutionen in 11 Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben. Seit 2004 liefert die Kamera hochauflösende Bilder vom Roten Planeten.
Kontakt
  • Elke Heinemann
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

    Politikbeziehungen und Kommunikation
    Telefon: +49 2203 601-2867
    Telefax: +49 2203 601-3249
    Linder Höhe
    51147 Köln
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  • Prof. Dr. Ralf Jaumann
    Abteilungsleitung
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Planetenforschung
    Telefon: +49 30 67055-400
    Telefax: +49 30 67055-402
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    12489 Berlin
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  • Ulrich Köhler
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Planetenforschung
    Telefon: +49 30 67055-215
    Telefax: +49 30 67055-303
    Rutherfordstraße  2
    12489 Berlin
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  • Dr. Daniela Tirsch
    Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)
    Institut für Planetenforschung
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