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Siloe Patera – ein Supervulkan auf dem Mars?

Die Struktur Siloe Patera im Marshochland

Donnerstag, 21. Mai 2015

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  • Blick auf Siloe Patera
    Blick auf Siloe Patera

    Die direkte Draufsicht auf Siloe Patera zeigt einige der landschaftlichen Besonderheiten, die eine amerikanische Gruppe von Wissenschaftlern als Ergebnis des Ausbruchs eines Supervulkans interpretiert. Die Morphologie der Struktur deute auf eine entleerte, riesige Magmakammer unter diesem Krater, in die der Krusten-"Deckel" hineinsackte und so eine Caldera, ein Vulkankrater, entstand. Auch gibt es weder einen Zentralberg im Zentrum des Kraters, noch einen markanten Wall von Auswurfmaterial. Andererseits gibt es auch mehrere landschaftliche Merkmale, die mit einem "gewöhnlichen" Einschlagskrater erklärt werden könnten.

  • Perspektivische Ansicht von Siloe Patera
    Perspektivische Ansicht von Siloe Patera

    Mit den Aufnahmen der DLR-Stereokamera HRSC auf Mars Express ist es möglich, nach Berechnung von digitalen Geländemodellen auch perspektivische Ansichten der aufgenommenen Landschaft zu erzeugen. Im Falle von Siloe Patera lassen sich gut der schildartige Charakter der Landschaft und die Morphologie der Umgebung darstellen. Unabhängig von der Diskussion, ob Siloe Patera das Überbleibsel eines marsianischen "Supervulkans" ist oder ein gewöhnlicher Einschlagskrater zeigt die Perspektive, dass Wasser durch kleine Täler in das Innere der Vertiefung geströmt ist.

  • 3D%2dAnsicht (Anglyphenbild) von Siloe Patera
    3D-Ansicht (Anglyphenbild) von Siloe Patera

    Aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal des vom DLR betriebenen Kamerasystems HRSC auf der ESA-Raumsonde Mars Express und einem der vier Stereokanäle lassen sich so genannte Anaglyphenbilder erzeugen, die bei Verwendung einer Rot-Blau (Cyan) oder Rot-Grün-Brille einen realistischen dreidimensionalen Blick auf die Landschaft ermöglichen. Besonders gut erschließt sich bei dieser 3D-Betrachtung die Struktur des Doppelkraters von Siloe Patera, aber auch topographische Details in der Umgebung wie kleine, verästelte Talsysteme und Auswurf- oder Lavadecken.

  • Topographische Bildkarte von Siloe Patera
    Topographische Bildkarte von Siloe Patera

    Das aus den Stereo-Bilddaten der HRSC-Kamera abgeleitete digitale Geländemodell von Siloe Patera und der Umgebung in Arabia Terra zeigt deutlich die Morphologie und Struktur dieses Doppelkraters. Nicht zuletzt auf Grundlage der lokalen und regionalen Topographie kam eine Gruppe von amerikanischen Wissenschaftlern zu dem Schluss, dass es sich bei Siloe Patera nicht um einen herkömmlichen Einschlagskrater, sondern um die Überreste eines einst riesigen Supervulkans auf dem Mars handelt. Deutlich ist die etwa 1750 Meter tiefe Senke, in der sich eine zweite, nochmals 700 Meter tiefer gelegene Absenkung befindet, erkennen. Diese These wird allerdings nach wie vor kontrovers diskutiert.

  • Regionale Übersichtskarte von Siloe Patera und Arabia Terra
    Regionale Übersichtskarte von Siloe Patera und Arabia Terra

    Arabia Terra ist ein geologisch abwechslungsreiches Gebiet nördlich des Marsäquators in der Übergangszone zu den nördlichen Tiefebenen. Es ist gekennzeichnet von zahlreichen großen, unterschiedlich stark erodierten Einschlagskratern und Spuren von Sedimenten, die durch die ehemalige Präsenz von Wasser abgelagert wurden. Der 40 mal 30 Kilometer große Krater Siloe Patera könnte ein "Supervulkan" gewesen sein, dessen massive Ausbrüche seine weitere Umgebung beeinflusst haben könnten.

Die aktuellen Bilder der vom DLR betriebenen, hochauflösenden Stereokamera HRSC an Bord der ESA-Raumsonde Mars Express zeigen einen Teil der Region Arabia Terra auf dem Mars, etwa 35 Grad nördlich des Marsäquators und wenige Grad östlich des Nullmeridians. Hier befindet sich eine geologische Formation, die in der Fachwelt für einige Diskussionen sorgt. Sie trägt den Namen Siloe Patera. Als Paterae bezeichnet man die Gipfelregionen von sehr flachen Schildvulkanen auf dem Mars mit einer in der Regel großen Caldera, dem Einsturzkessel über einer geleerten Magmakammer.

In der Mitte der Bilder (1, 3, 4) ist die nahezu kreisrunde Vertiefung von Siloe Patera zu erkennen. Sie ist etwa 40 Kilometer lang und 30 Kilometer breit. Benannt ist die Struktur nach dem kastilischen Bildhauer und Architekten Diego de Siloé (1495 bis 1563). In der Vertiefung befindet sich eine weitere, ebenfalls runde Senke. Einige Wissenschaftler halten diese geologische Struktur sowie einige ihr ähnliche Formen in dieser Marsregion für Calderen von sehr flachen Vulkankomplexen - in ihrer Form ähneln diese Vulkane den wenigen Supervulkanen auf der Erde. Ein Beispiel für einen solchen Supervulkan ist der Yellowstone-Vulkan, dessen Caldera 60 Kilometer lang und 40 Kilometer breit ist.

Über tausend Kubikkilometer Lava in der Magmakammer

Supervulkane bilden bei ihren extrem explosiven Ausbrüchen keinen Vulkankegel, sondern große Calderen (Einsturzkessel). Die Magmakammer, die sich unter dem Vulkangebiet befindet, ist im Vergleich zu normalen Vulkanen sehr groß und hat ein Volumen von mindestens 1000 Kubikkilometern. Ausbrüche von Supervulkanen auf der Erde sind selten und wurden in historischer Zeit noch nicht beobachtet. Doch weiß man, dass ihre Auswirkungen katastrophal und regional weiträumig sind. Durch die Anreicherung von Gas in der Magmakammer über lange Zeiträume hebt sich das Vulkangebiet an und Magma tritt an weit voneinander entfernen Stellen aus dem Untergrund hervor. Durch das Anheben des Bodens entsteht um die Magmakammer ein ringförmiger Riss. Der innenliegende Teil dieses "Deckels" sinkt dann in die entleerte Magmakammer ab. Zurück bleibt die typische Caldera (Kessel) eines Supervulkans.

Siloe Patera zeigt einige dieser Merkmale: Es gibt Spuren von Rissen im Boden, das Gebiet ist relativ flach und es finden sich zerfetzte, geschichtete Ablagerungen. Außerdem fehlen Siloe Patera einige der typischen Merkmale eines Einschlagskraters wie ein Zentralberg. Auch das Fehlen eines hohen Kraterrands wurde als Argument herangeführt, doch auf dem Mars gibt es zahlreiche Beispiele von Impaktkratern, deren Rand längst von der Erosion beseitigt wurde. Was bei Siloe Patera wie Lavadecken aussieht - und die Theorie eines Supervulkans stützen würde - könnte, wie im Nordwesten (links oberhalb in den Bildern 1, 3, 4) des Kraters auch als Auswurfdecke interpretiert werden.

Was für den Supervulkan spricht - und was dagegen

Die größte Vertiefung von Siloe Patera reicht 1750 Meter unter die den Krater umgebenden Ebenen, die etwas flachere Vertiefung führt etwa weitere 700 Meter in die Tiefe. Die Flanken der innenliegenden, kleineren Vertiefung sind sehr steil. Das ist zwar untypisch für eine Einschlagsstruktur, könnte andererseits aber durch einen späteren, kleineren Einschlag in den schon vorhandenen größeren Krater verursacht worden sein.

Die Struktur ist von mehreren kleineren Kanälen und Rinnen umgeben, die teilweise in die Vertiefung münden. An der Südspitze der Vertiefung ist eine Talstruktur zu erkennen, die an sogenannte "sapping valleys" (engl.) erinnert, die entstehen, wenn unter der Geländekante Grundwasser austritt, die dadurch hervorgerufenen Hohlräume einstürzen und das erodierte Material durch das fließende Wasser entlang des Talverlaufs abtransportiert wird. Hier taucht ebenfalls ein scharfer Rand auf, der allerdings an manchen Stellen etwas angehoben ist.

Direkt darüber befindet sich ein Gebiet, etwa 20 Kilometer mal 20 Kilometer groß, das eine Vielzahl kleinerer, verzweigter Abflusskanäle beherbergt. Dieses könnte eine erkaltete Lavadecke sein - oder eben die Auswurfdecke eines Einschlagskraters: Diese Ablagerung wurde einerseits in der Fachliteratur als Überrest eines möglichen gasreichen, extrem heißen "pyroklastischen" Lavastroms beschrieben. Die lobenförmigen Ränder zeigen andererseits aber auch Ähnlichkeit mit Auswurfdecken, die bei kleineren Einschlagskratern entstehen. Asymmetrisch geformte Auswurfdecken bilden sich bei Einschlägen mit schrägem Einschlagswinkel von 15 Grad oder weniger.

Einfluss von Vulkanen auch auf das frühe Marsklima?

Nach Ansicht der Verfechter der Supervulkan-These finden sich für diese genügend Anzeichen, die sie stützen: Neben den erwähnten Argumenten könnten auch die in der Äquatorregion weit verbreitet auftretenden zerfetzten Ablagerungen von feinkörnigem, geschichteten sulfathaltigem Gestein und Tonmineralen angeführt werden, die durch die Gewalt der Explosion vielleicht über ganz Arabia Terra verteilt wurden; ihr Vorkommen konnte noch nicht schlüssig erklärt werden. Trotzdem könnte die Idee enormer vulkanischer Zentren die Entstehung solcher Ablagerungen und gleichzeitig die Perioden globaler Erwärmung auf dem Mars erklären.

An Siloe Patera zeigt der Mars wieder einmal eine seiner geheimnisvollen Seiten. Sehen wir auf diesen Bildern die Überreste eines über die Zeit verwitterten Einschlagskraters oder haben wie eine neue Kategorie marsianischer Vulkane vor uns? Wie dem auch sei, um die Geheimnisse unseres Nachbarplaneten zu entschlüsseln sind noch weitere Daten in hochaufgelöster Qualität und auch Landemissionen nötig.

  • Bildverarbeitung

    Die Aufnahmen mit der HRSC (High Resolution Stereo Camera) entstanden am 26. November 2014 während Orbit 13.837 von Mars Express bei 6 Grad östlicher Länge und 36 Grad nördlicher Breite. Die Bildauflösung beträgt etwa 24 Meter pro Bildpunkt (Pixel). Die Farbdraufsicht (Bild 1) wurde aus dem senkrecht auf die Marsoberfläche gerichteten Nadirkanal und den Farbkanälen der HRSC erstellt; die perspektivische Schrägansicht (Bild 3) wurde aus den Stereokanälen der HRSC berechnet. Das Anaglyphenbild (Bild 2), das bei Betrachtung mit einer Rot-Blau- oder Rot-Grün-Brille einen dreidimensionalen Eindruck der Landschaft vermittelt, wurde aus dem Nadirkanal und einem Stereokanal abgeleitet. Die in Regenbogenfarben kodierte Draufsicht (Bild 4) beruht auf einem digitalen Geländemodell der Region, von dem sich die Topographie der Landschaft ableiten lässt.

  • Das HRSC-Experiment

    Die High Resolution Stereo Kamera (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 52 Co-Investigatoren, die aus 34 Institutionen und elf Nationen stammen. Die Kamera wird vom DLR-Institut für Planetenforschung in Berlin-Adlershof betrieben.

 

Zuletzt geändert am:
21.05.2015 11:22:58 Uhr

Kontakte

 

Elke Heinemann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Politikbeziehungen und Kommunikation

Tel.: +49 2203 601-2867

Fax: +49 2203 601-3249
Prof. Dr. Ralf Jaumann
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

Institut für Planetenforschung, Planetengeologie

Tel.: +49 30 67055-400

Fax: +49 30 67055-402
Ulrich Köhler
Deutsches Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR)

DLR-Institut für Planetenforschung

Tel.: +49 30 67055-215

Fax: +49 30 67055-402