Der Mars produziert auf natürliche Weise giftige Chemikalien
Eine neue Studie legt nahe, dass elektrische Entladungen, die während Marsstaubstürmen entstehen, mysteriöse chemische und isotopische Ungleichgewichte erklären könnten. Diese Erkenntnis schreibt die Geschichte der Entstehung wichtiger – und gefährlicher – Substanzen auf dem Mars neu.
Die Chemie anderer Welten ähnelt nicht immer derjenigen der Erde. Hier sind viele Prozesse gut verstanden und hängen in der Regel von Wasser und Wärme ab. Auf dem Mars hingegen fehlen beide in nennenswerten Mengen, was die Herkunft einiger seiner chemischen Verbindungen zu einem Thema gemacht hat, das in der wissenschaftlichen Gemeinschaft immer wieder diskutiert wird.
Eine neue Studie unter der Leitung von Alian Wang und Neil Sturchio, Forschern der Washington University in St. Louis bzw. der University of Delaware, schlägt einen neuartigen Rahmen vor, um zu verstehen, wie chemische Reaktionen auf dem roten Planeten ablaufen. Die Studie wurde kürzlich in der Zeitschrift Earth and Planetary Science Letters veröffentlicht und konzentriert sich auf einen unerwarteten, aber den Erdbewohnern vertrauten Akteur: Elektrizität.
Das Rätsel der fehlenden Isotope
Seit Jahren haben verschiedene Rover und Orbiter auf der Marsoberfläche ein auffälliges Isotopenungleichgewicht festgestellt. Einfach ausgedrückt handelt es sich dabei um ein anomales Verhältnis zwischen verschiedenen Isotopen desselben Elements. Auf dem Mars kommen die sogenannten „schweren” Isotope von gewöhnlichen Elementen wie Chlor, Sauerstoff und Kohlenstoff in geringeren Mengen vor, als es den erwarteten natürlichen Werten entspricht.
Der auffälligste Fall ist Chlor-37, das um 51 Promille weniger häufig vorkommt als erwartet. Diese Information ist nicht unbedeutend: Chlor ist ein zentraler Bestandteil von Perchloraten, hochgiftigen Verbindungen, die eine der größten Herausforderungen für die Möglichkeit einer langfristigen Erhaltung von Leben – einschließlich menschlichen Lebens – auf dem Mars darstellen. Zu verstehen, warum dieses Ungleichgewicht besteht, ist entscheidend, um darüber nachzudenken, wie seine Auswirkungen gemildert werden können.
Die Abweichungen bei Kohlenstoff (11,4 Promille) und Sauerstoff (22,8) sind weniger extrem, aber ebenso relevant. Beide sind an der Bildung von Karbonaten beteiligt, Mineralien, die jahrzehntelang als Beweis für die frühere Existenz von flüssigem Wasser auf der Marsoberfläche interpretiert wurden.
Staubstürme und chemische Funken
Was verursacht also diese Ungleichgewichte? Die Antwort liegt laut der Studie in den berühmten Staubstürmen auf dem Mars. Diese Ereignisse, die zu bestimmten Jahreszeiten riesige Gebiete des Planeten bedecken können, erzeugen Wirbel, die an Miniaturtornados erinnern.
Wenn Staub aufgewirbelt wird und die Partikel miteinander kollidieren, entsteht eine elektrostatische Aufladung, ähnlich wie beim Reiben eines Ballons an den Haaren. In der dünnen Atmosphäre des Mars überschreitet diese Ladung leicht die dielektrische Schwelle, was zu kleinen elektrischen Entladungen führt, die technisch als elektrostatische Entladungen (ESD) bezeichnet werden.
Den Autoren zufolge sind diese mikroskopisch kleinen Funken der Motor eines der wichtigsten chemischen Kreisläufe des Planeten.
Perchlorate ohne Wasser
Um dies zu überprüfen, baute das Team mehrere Versuchskammern, darunter die Planetary Environment and Analysis Chamber (PEACh), die dazu dient, die Bedingungen auf dem Mars zu simulieren. Dort untersuchten sie, wie gewöhnliche Salze vom Mars auf die während Staubstürmen erzeugte Elektrizität reagieren.
Das Ergebnis war eindeutig: ESDs erzeugen hochenergetische Elektronen, die mit dem Kohlendioxid in der Marsatmosphäre interagieren und reaktive Radikale wie CO und O erzeugen. Diese lagern sich wiederum auf den Chloridsalzen im Boden ab, oxidieren sie und wandeln das Chlor in Perchlorate um. Dieser Prozess erklärt ihre Entstehung, ohne dass flüssiges Wasser erforderlich ist.
Ähnliches gilt für Karbonate, die traditionell mit feuchten Umgebungen in Verbindung gebracht werden. Die Studie legt nahe, dass sie auch durch einfache elektrische Entladungen während Staubstürmen entstehen können.
Implikationen für die zukünftige Forschung
Die gewonnenen Daten stimmen besser mit den Beobachtungen überein, die sowohl vor Ort als auch aus dem Orbit gemacht wurden, insbesondere mit dem geringeren Vorkommen schwerer Isotope. Die Entladungen wirken wie ein „Filter” und begünstigen die Beteiligung leichterer Atome an chemischen Reaktionen, die von Missionen wie Curiosity oder ExoMars erfasst werden.
Über den Mars hinaus könnte dieser Mechanismus auch auf anderen Körpern des Sonnensystems wirken, wie beispielsweise auf der Venus, einigen Gasriesen oder sogar dem Mond. Aber es gibt auch eine klare Warnung: Perchlorate werden auch heute noch gebildet. Das ist zwar kein unüberwindbares Hindernis für die Erforschung durch den Menschen, aber dennoch ein Risiko, das berücksichtigt werden muss.
Und damit ist die Geschichte noch nicht zu Ende. Die Autoren kündigen bereits neue Arbeiten darüber an, wie diese unsichtbaren Funken die Chemie anderer Welten beeinflussen könnten. Der Mars zwingt uns einmal mehr dazu, unser bisheriges Wissen zu überdenken.
Quellenhinweis:
Neil C. Sturchio, et. al. Isotope effects (Cl, O, C) of heterogeneous electrochemistry induced by Martian dust activities. Earth and Planetary Science Letters, Volume 676, 2026, 119784, ISSN 0012-821X, https://doi.org/10.1016/j.epsl.2025.119784.