Mangan auf dem Mars: Sedimente deuten auf „erdähnliche Umgebung“ hin

Am Ufer eines ausgetrockneten Sees hat der Mars-Rover „Curiosity“ ungewöhnlich hohe Mengen Mangan gefunden. Demnach liege das in den Sedimenten gefundene Manganoxid in einer Konzentration vor, die den Wert der Umgebung um das 45-Fache übersteigt. Diese Anreicherung schreiben die Forscher um Patrick J. Gasda vom Los Alamos National Laboratory „oxidativen Prozessen“ zu.

Dies deute wiederum hin auf „größere Prozesse in der Marsatmosphäre oder im Oberflächenwasser. [Sie] zeigen, dass noch mehr getan werden muss, um die Oxidation auf dem Mars zu verstehen“, erklärte Gasda anlässlich der Veröffentlichung der Ergebnisse.

Mars + Mangan = Mikroben?

Mangan ist kein Stoff, der einem in den Sinn kommt, wenn man an irdisches Leben denkt. Tatsächlich nutzt eine Reihe von Mikroben diesen jedoch zur Energiegewinnung. Grundlage dafür sind verschiedene sogenannte Oxidationsstufen. Sie ermöglichen, dass Mangan in verschiedenen chemischen Bindungen stabil ist. Die chemisch gebundene Energie, die bei der Umwandlung von einer Form in eine andere frei wird, können Mikroben für ihren Stoffwechsel nutzen.

Mangan wird auf natürlichem Weg durch den Sauerstoff in der Atmosphäre angereichert. Dieser Prozess wird oft durch die Anwesenheit von Mikroben beschleunigt – auf der Erde. Prinzipiell ist dies jedoch auch auf unserem kosmischen Nachbarn denkbar.

„Diese Arbeit hat wichtige Auswirkungen auf die Bewohnbarkeit des Mars für Mikroben, die […] Mangan […] als Energiequelle für den Stoffwechsel genutzt haben könnten“, schreiben die Forscher in ihrer Studie. Sprich, wenn es auf dem alten Mars Leben gab, wären die erhöhten Manganmengen in diesen Felsen entlang des Seeufers eine hilfreiche Energiequelle für das Leben gewesen.

Selbstporträt von „Curiosity“ an einem Ort namens „Windjana“. Dort hat der Mars-Rover Felsen gefunden, für deren Bildung reichlich Wasser und stark oxidierende Bedingungen erforderlich sind. Foto: NASA/JPL-Caltech/MSSS

Sauerstoff auf dem Mars „wirklich rätselhaft“

„Die Umgebung des Gale-Sees, wie sie von diesen alten Gesteinen enthüllt wird, gibt uns einen Einblick in eine bewohnbare Umgebung, die den heutigen Orten auf der Erde erstaunlich ähnlich ist“, sagte Forschungsleiterin Nina Lanza. „Manganminerale sind in den flachen, stark sauerstoffhaltigen Gewässern an Seeufern auf der Erde weitverbreitet, und es ist bemerkenswert, solche erkennbaren Merkmale auf dem alten Mars zu finden.“

„Es ist schwierig für Manganoxid, sich auf der Marsoberfläche zu bilden, daher haben wir nicht erwartet, es in solch hohen Konzentrationen in einer Uferablagerung zu finden“, ergänzte Patrick Gasda. „Auf der Erde gibt es diese Art von Ablagerungen ständig, weil der hohe Sauerstoffgehalt in unserer Atmosphäre durch fotosynthetisches Leben und durch Mikroben – einschließlich jenen, die Mangan nutzen – erzeugt wird.“

„Auf dem Mars gibt es keine Anzeichen für Leben, und der Mechanismus zur Erzeugung von Sauerstoff in der alten Marsatmosphäre ist unklar, sodass es wirklich rätselhaft ist, wie das Manganoxid hier gebildet und konzentriert wurde“, so Gasda weiter.

Drei Erklärungen, eine Voraussetzung: Wasser

Die von „Curiosity“ ursprünglich 2017 untersuchten Sedimentgesteine sind eine Mischung aus Sanden, Schluffen und Schlämmen. Mithilfe der sogenannten ChemCam, eines Instruments, das mittels Laser kleine Materialmengen zum Verdampfen bringt, konnten die Forscher ihre chemische Zusammensetzung bestimmen. Manganoxidhaltige Minerale wurden mit anderen Instrumenten bereits früher nachgewiesen.

Zugleich liegen im untersuchten Gebiet zwei verschieden feine Bodenarten vor. Die Sedimentgesteine weisen eine größere Korngröße auf, als es für das Seebettgestein im Gale-Krater typisch ist. Dies könnte darauf hindeuten, dass die ursprünglichen Sedimente in einem Fluss, einem Delta oder in der Nähe der Uferlinie des alten Sees entstanden sind.

Die sandigen Gesteine sind wiederum poröser als die meisten durch Schlämme gebildeten Felsen im Seebett des Gale-Kraters. Deshalb kann Grundwasser leichter durch den Sandstein dringen – ein möglicher Mechanismus für die Anreicherung. Die Forscher schlagen außerdem zwei weitere Mechanismen vor. Alle drei Szenarien „erfordern stark oxidierende Bedingungen“ und die Anwesenheit von Wasser. Welches Oxidationsmittel für die Ausfällung von Mangan in den Felsen letztendlich verantwortlich sein könnte, ist unbekannt.

Die Ergebnisse erschienen am 1. Mai 2024 im „Journal of Geophysical Research: Planets“.