Weiße Gesteine auf dem Mars zeigen, dass der Rote Planet vor 3 Milliarden Jahren ein tropisches Paradies war.

New data from NASA’s Perseverance rover now points to a version of Mars that looked far less like a frozen desert and far more like a steamy, rain‑washed world. Hidden in scattered pale rocks inside Jezero Crater, scientists have found chemical fingerprints that on Earth usually belong to tropical soils.

Ein seltsamer weißer Fleck auf dem roten Planeten

Seit 2021 kriecht Perseverance durch den Jezero‑Krater, ein 45 Kilometer breites Becken, das einst einen stehenden See beherbergte. Zwischen dunklen, staubigen Basalten und rostigen Sanden entdeckten die Kameras des Rovers etwas, das einfach nicht passen wollte: kleine, fast weiße Steine, lose auf der Oberfläche liegend.

Diese „Float Rocks“, wie Geologinnen und Geologen versetzte Bruchstücke nennen, zeigten eine Mineralmischung, die sich deutlich von dem unterschied, was man auf dem Mars sonst erwartet. Spektrometer an Bord des Rovers, darunter SuperCam und Mastcam‑Z, ergaben, dass das helle Material reich an Kaolinit ist – einer Tonmineral‑Art, die von Aluminium dominiert wird.

Kaolinit entsteht auf der Erde typischerweise dort, wo warme Temperaturen und starker Regen Böden über sehr lange Zeiträume hinweg unablässig auswaschen und auslaugen.

Auf unserem Planeten bildet sich solcher Ton meist in tief verwitterten tropischen oder subtropischen Böden, in denen Regenwasser durch Gestein sickert, viele Elemente löst und fortspült. Eisen und Magnesium werden ausgewaschen. Aluminium bleibt zurück und reichert sich an. Das Ergebnis ist ein gebleichtes, feinkörniges Material, das auf der Erde für alles Mögliche verwendet wird – von Porzellan bis zu gestrichenem Hochglanzpapier.

Dass genau diese Tonart in einem uralten Mars‑Seebecken auftaucht, stellt das lange gepflegte Bild vom frühen Mars als überwiegend kalt und trocken – mit nur sporadischem Schmelzwasser – ernsthaft infrage.

Signale eines warmen, nassen und langlebigen Klimas

Was die Chemie über das Wetter des alten Mars verrät

In der neuen Studie verglichen Forschende die Marsgesteine – darunter eine auffällige Probe mit dem Spitznamen „Chignik“ – mit gut untersuchten uralten Böden auf der Erde. Untersucht wurden Paläoböden aus dem Eozän in Kalifornien (etwa 55 Millionen Jahre alt) sowie aus Südafrikas Hekpoort‑Formation (2,2 Milliarden Jahre alt).

Die Übereinstimmung zwischen diesen irdischen Proben und den Jezero‑Gesteinen wirkt bemerkenswert eng. Infrarotspektren zeigen ähnliche Absorptionsmuster von Hydroxylgruppen, die an Aluminium gebunden sind. Die Gesamtchemie stützt dieses Bild: viel Aluminium, sehr wenig Eisen und erhöhte Titanwerte.

Chigniks Titangehalt erreicht etwa 1,4 % TiO₂ – ein Wert, der gewöhnlich mit intensiver, langfristiger Verwitterung durch Regen zusammenhängt und weniger mit kurzen vulkanischen oder hydrothermalen Ereignissen.

Titan ist im Wasser kaum mobil; wenn andere Elemente ausgewaschen werden, reichert es sich an. Dieses Muster passt zu verwitterten Böden, die über Jahre bis Millionen Jahre hinweg starkem Niederschlag ausgesetzt waren. Hydrothermale Systeme, etwa um heiße Quellen, können zwar ebenfalls Kaolinit bilden, hinterlassen aber typischerweise höhere Anteile mobiler Elemente wie Natrium und Kalium – die hier weitgehend fehlen.

Ein weiterer Hinweis liegt im niedrigen Gesamteisengehalt, in manchen Proben unter 1 %. Tiefes Auslaugen durch schwankendes Grundwasser hat Eisen vermutlich mobilisiert und blasse Zonen zurückgelassen, die nahezu von metallhaltigen Mineralen befreit sind. Auf der Erde entstehen solche Profile in Klimaten, in denen der Niederschlag häufig über 1.000 Millimeter pro Jahr liegt.

Um ein derartiges Klima aufrechtzuerhalten, hätte der Mars einen robusten Wasserkreislauf benötigt: flüssiges Oberflächenwasser, Verdunstung, Wolken sowie regelmäßigen Regen oder Schneeschmelze. Das wiederum impliziert eine dichtere Atmosphäre und eine stärkere Treibhauswirkung als die dünne, eisige Luft, die Perseverance heute „atmet“.

Wie tropisch könnte der alte Mars gewesen sein?

„Tropisch“ bedeutet auf dem Mars nicht Palmen und Strände. Gemeint ist die Intensität der chemischen Verwitterung, nicht eine Landschaft mit Palmwedeln. Dennoch deuten die Zahlen auf Bedingungen hin, die überraschend nahe an einige der wärmsten und feuchtesten Umwelten der Erde heranreichen.

• Dauerhaft flüssiges Wasser an der Oberfläche, nicht nur kurze Schmelzereignisse
• Temperaturen vermutlich über dem Gefrierpunkt über lange Jahreszeiten hinweg, möglicherweise in einigen Regionen ganzjährig
• Häufiger oder anhaltender Regen, stark genug, um große Gesteinsmengen auszuwaschen
• Aktive Flüsse, die einen stabilen See im Jezero‑Krater speisten

Diese Kombination hätte lokale Landschaften umgeformt, Rinnen eingeschnitten und vulkanisches Grundgestein langsam in mächtige Verwitterungsdecken verwandelt. Die Kaolinit‑Fragmente, die Perseverance heute untersucht, könnten abgelöste Stücke dieser längst erodierten uralten Böden sein.

Woher kamen die weißen Steine?

Ein Rätsel bleibt hartnäckig: Perseverance hat bislang keinen festen Aufschluss dieses Kaolinits gefunden, dort, wo er entstanden ist. Stattdessen liegen die hellen Steine verstreut – ein Hinweis darauf, dass sie von ihrem Ursprungsort transportiert wurden.

Zwei Hauptszenarien für ihren Weg

Szenario	Mechanismus	Wichtige Hinweise
Flusstransport	Uralte Flüsse brachten kaolinitreiches Material in Jezeros See	Kaolinit‑Signaturen entlang fossiler Rinnen wie Neretva Vallis
Einschlags‑Umverteilung	Meteoriteneinschläge sprengten Fragmente aus einer entfernten Kaolinit‑Quelle heraus	Brekzienblöcke und verstreute helltonige Felsbrocken nahe Kraterrändern

Daten des CRISM‑Instruments an Bord des Mars Reconnaissance Orbiter stützen beide Optionen. Sie zeigen Bereiche mit kaolinitähnlichen Spektralsignaturen auf dem südwestlichen Kraterboden von Jezero, nur ein paar Kilometer von Perseverances Route entfernt. Diese Aufschlüsse, die oft als helle Brekzienblöcke erscheinen, könnten die letzten Überreste einer mächtigeren Kaolinit‑Schicht sein, die einst ein größeres Gebiet bedeckte.

Weiter entfernt zeigen Regionen in Nili Planum geschichtete Tonabfolgen, bei denen aluminiumreiche Einheiten über Magnesium‑Tonen liegen. Diese vertikale Anordnung deutet auf eine lange Phase wechselnder Oberflächenbedingungen hin: zuerst ein neutraleres, vielleicht kühleres Milieu, das Magnesium‑Tone bildete, dann eine wärmere, feuchtere Phase mit stärkerer Auslaugung, die aluminiumreiche Tone wie Kaolinit entstehen ließ.

Was das für Marswasser und Bewohnbarkeit bedeutet

Tone als Einbahnstraße für Marswasser

Kaolinit dokumentiert nicht nur Wasser – er speichert es. Seine Kristallstruktur bindet Hydroxylgruppen und Zwischenschichtwasser, das erst bei Erhitzung auf mehrere hundert Grad Celsius entweicht. Einige Jezero‑Proben zeigen noch ein Hydratationsband nahe 1,9 Mikrometern, was darauf hindeutet, dass sie nie wesentlich über etwa 450 °C „gebacken“ wurden.

Wenn große Gebiete des alten Mars eine ähnliche Kaolinisierung durchlaufen haben, könnten enorme Wassermengen heute in Mineralform gebunden und der Atmosphäre dauerhaft entzogen sein.

Anders als die Erde scheint der Mars keine Plattentektonik zu besitzen. Es gibt kein großskaliges Recycling hydratisierter Gesteine zurück in den Mantel und keine stetige Freisetzung dieses Wassers durch Vulkanismus. Einmal in Tonen gebunden, bleibt Marswasser tendenziell dort, während die verbleibende Atmosphäre unter Sonnenstrahlung und der schwachen Gravitation des Planeten langsam ins All entweicht.

Dieser Prozess könnte dazu beigetragen haben, den Mars von einer feuchteren Welt mit dichterer Luft in den kalten Wüstenplaneten zu verwandeln, den wir heute sehen. Dieselben chemischen Reaktionen, die das Klima zeitweise für fließende Flüsse „komfortabel“ machten, könnten zugleich die langfristige Trockenheit des Planeten besiegelt haben.

Ein Fenster zu potenziellen Lebensräumen

Die Bedingungen, die Kaolinit erzeugen – flüssiges Wasser, mäßige Säuregrade, gelöster Sauerstoff – passen gut zu Umgebungen, in denen Mikroben gedeihen können. Auf der Erde beherbergen tief verwitterte tropische Böden reiche mikrobielle Ökosysteme, die Kohlenstoff, Stickstoff und Metalle umsetzen.

In Jezero hätten solche Böden nahe der Oberfläche gelegen, in Kontakt mit Atmosphäre, Flüssen und Seewasser. Sie hätten Porenräume, Mineraloberflächen und chemische Gradienten geboten, die Mikroben häufig als Energiequellen nutzen. Tone neigen zudem dazu, organische Moleküle einzufangen und vor Strahlung zu schützen – was sie zu bevorzugten Zielen bei der Suche nach alten Biosignaturen macht.

Perseverance hat bereits mehrere Bohrkerne für eine spätere Mars‑Sample‑Return‑Kampagne zwischengelagert. Laboranalysen auf der Erde könnten die detaillierte Isotopenzusammensetzung von Wasserstoff, Sauerstoff und anderen Elementen im Kaolinit messen. Feine Verschiebungen dieser Verhältnisse könnten zeigen, wie lange Wasser vorhanden war, wie sich Temperaturen änderten und ob organischer Kohlenstoff während der Bildung mit dem Ton interagierte.

Wie es weitergeht für Mars‑Klima‑Detektivarbeit

Die Kaolinit‑Geschichte aus Jezero fügt sich direkt in ein größeres Vorhaben ein, die Klimageschichte des Mars mit derselben Sorgfalt zu rekonstruieren, wie sie für irdische Paläoklimaarchive üblich ist. Forschende entwickeln nun numerische Modelle, die die neuen Mineraldaten mit Atmosphärenphysik kombinieren. Diese Modelle testen, welche Treibhausgase, Wolkenprozesse und Orbitalkonfigurationen vor drei Milliarden Jahren starken Regen und warme Temperaturen aufrechterhalten konnten.

Gleichzeitig betrachten Missionsplaner andere tonreiche Regionen als zukünftige Landeplätze. Gebiete, in denen aluminiumreiche und magnesiumreiche Tone übereinanderliegen – wie in Nili Planum – liefern eine Art Klima‑Stratigraphie: einen geschichteten Datensatz wechselnder Oberflächenbedingungen über Hunderte Millionen Jahre. Ein Rover, der von einer Lage zur nächsten aufsteigen könnte, würde gewissermaßen durch verschiedene Kapitel der Mars‑Wettergeschichte „laufen“.

Für Leserinnen und Leser, die die bemannte Raumfahrt verfolgen, enthält diese Forschung auch eine leisere Botschaft: Jede bemannte Marsmission wird auf lokale Wasserquellen angewiesen sein, selbst wenn nur für industrielle Nutzung. Hydratisierte Minerale wie Kaolinit enthalten Wasser, das sich prinzipiell durch Erhitzen gewinnen ließe. Dieser Prozess wäre energieintensiv, doch in Regionen mit wenig Oberflächeneis könnten verwitterte Tone Teil des Ressourcenmixes werden, der Astronautinnen und Astronauten fern der Heimat am Leben hält.