Archive for the tag 'Gletscher'

Flussschlingen auf dem Mars

März 3rd, 2010

Die NASA veröffentlichte gestern eine nette Radaraufnahme des Mars Reconnaissance Orbiters. Radarwellen bieten den Vorteil, auch unter die Planetenoberfläche blicken zu können. Hochreflektierende Materialien wie Eis werfen die Wellen zurück und sind mit gutem Kontrast auszumachen. Der abgebildete Teil der Region Deuteronilus Mensae ist knapp 1000 mal 1000 Kilometer groß und umfasst etliche vereiste Flusstäler.

Unterirdisches Eis auf dem Mars (NASA)

Unterirdisches Eis auf dem Mars (NASA)

Die Interpretation der NASA: Hierbei dürfte es sich um die Überreste eines großen Eisschildes handeln, der vor langer Zeit verschwand. Große Wassermengen mussten abgeführt werden und sind durch diese von Bergrücken umgebene Region geflossen – und erstarrten schließlich. Sie trocknete wie die meisten anderen Gegenden des Mars nicht aus, weil die Gletschermassen mit Geröll bedeckt waren. So sedimentierten sie völlig zu und lagern bis heute im Untergrund.

Anders als die Kollegen Astronomen glaube ich nicht, dass das Geröll später auf die Gletschermassen stürzte. Denn gerade in tief eingeschnittenen Tälern rutscht ständig Geröll auf bestehende Gletscher. Wenn diese abtauen (oder das Eis sublimiert), steigt die Gerölldichte an der Oberfläche sogar noch, weil tiefer im Eis liegendes Geröll freigelegt wird.

In der Bildhälfte unten links sind mehrere Mäanderschlingen und sogar Altarme zu erkennen, schon fast ein Lehrbuchbeispiel. Gletscherzungen können nicht mäandrieren. Die Täler müssen also zuerst durch fließendes Wasser eingetieft worden sein.

Die gelben Linie markieren die einzelnen Überflüge des Orbiters.

Stürmische Eiszeiten auf dem Mars

Oktober 5th, 2009

Geologischer Aufbau des Mars-Nordpols (NASA / JPL)

Geologischer Aufbau des Mars-Nordpols (NASA / JPL)

Aus 358 Einzelaufnahmen wurden verschieden mächtige Schichtpakete im Untergrund von Eismassen von Planum Boreum aufgenommen, einer ausgedehnten Ebene, die große Teile der nördlichen Hemisphäre ausmacht. Sie wurden einer Karte zusammengefügt, die auf eine bewegte Klimageschichte in den letzten Millionen Jahren schließen lässt.

Irdische Sedimentgesteine sind für Geologen wie Geschichtsbücher, denn mit ihnen lässt sich die Erdgeschichte minutiös nachvollziehen. Sie entstehen, wenn Erosionsprozesse zur Abtragung vorhandener Gesteine führen und es nach einer Transportphase erneut zur Ablagerung kommt. Auch wenn unser Nachbar im Vergleich zur Erde den Anschein eines  toten Wüstenplaneten macht, wirken auch hier urgewaltige Kräfte. Eismassen haben am Marsnordpol ein komplexes Muster hinterlassen. Auch vorhandene Gletscher wachsen durch Niederschlag ständig weiter oder schrumpfen, um dann stärker mit Staub bedeckt zu werden.

Jedoch haben die Geologen es auf dem Mars nicht leicht, denn bisher konnte noch niemand die Gesteinsaufschlüsse an den Polen direkt in Augenschein

nehmen. Die optische Auflösung der Kamera an Bord von Mars Reconnaissance Orbiter und nun auch die Fähigkeiten des Radarinstruments Shallow Radar (SHARAD) ermöglichen jetzt erste geologische Interpretationen. Damit werden die Gesteine zwischen 100 und 1.000 Meter tief durchleuchtet.

„Was wir mit dem Radar sehen können, sind vor allem Kontraste in den elektrischen Eigenschaften zwischen den Schichten“, sagt Nathaniel Putzig, Teamleiter vom Southwest Research Institute in Boulder im US-Bundesstaat Colorado. „Wir beobachten ein Muster in der Reflektivität gegenüber den Radarwellen. Das sagt uns etwas über das Muster der Materialunterschiede im Untergrund.“

Planum Boreum (NASA, HiRISE Blog)

Planum Boreum mit drei geologischen Einheiten (NASA, HiRISE Blog)

Bisher hatte man frühere Radaraufnahmen anders gedeutet: Die verschiedenen Schichten bestünden vor allem aus Eis. Tatsächlich sind sie von Staubschichten überzogen worden, die sich jahreszeitlich oder klimatisch gesteuert veränderten. Schwankungen in den Bahnparametern aller Planeten führen zu Klimazyklen, die auf der Erde als Milanković-Zyklen bekannt sind und für den Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten verantwortlich sind.  Während der Erdmond die ständigen Veränderungen auf ein für uns erträgliches Maß reduziert, kommt es auf dem Mars zu ungleich stärkeren Effekten.

Die Radardaten zeigen, dass sich hochreflektierende Bereiche sehr kontrastreicher Schichten mit homogeneren Zonen geringer Reflektivität abwechseln. Dieser geologische Rhythmus kann nun mit existierenden Modellen über die marsianische Klimageschichte in den vergangenen vier Millionen Jahren abgeglichen werden. Diese wurde vor allem über die schwankende Achsenneigung des Planeten gesteuert.

„Wir machen selbst gar keine Klimamodellierung, sondern vergleichen nur die Modelle anderer mit unseren Radar-Messdaten. Daraus versuchen wir zu schließen, wie die Schichtfolge wirklich entstand“, so Putzig. Die vergangenen 300.000 Jahre waren eine Periode einer relativ stabilen Achsenneigung vergleichen mit den 600.000 Jahren davor. Da besonders die obersten  – und damit die jüngsten – Schichten stark reflektieren, schlagen die Forscher vor, sie mit der klimatisch ruhigen Periode zu korrelieren.

Alpiner Klimawandel

September 29th, 2009

Das Geologiestudium bietet den Vorteil, etwas herumzukommen und in die ein oder andere einsame Gebirgsregion vorzudringen. Natürlich gilt es dann in erster Linie, vor Ort Gesteine zu beproben, anzusprechen und in den erdgeschichtlichen Kontext einzuordnen. Aber es bleibt genügend Zeit, einfach nur den Blick schweifen und die Landschaft auf sich wirken zu lassen.

Gletscherpanoramen gehören definitiv nicht zu den alltäglichen Exkursionszielen, deren einfache Schönheit einem schnell die Sprache verschlägt. Ich kannte auch schon einige besonders ästhetische isländische Gletscher, so dass ich nicht erwartet hätte, in den Alpen Vergleichbares zu finden. Meine schwachen Erwartungen wurden nicht erfüllt, als ich in der letzten Exkursion des Jahres mit dem Steingletscher in den Schweizer Alpen Kontakt aufnehmen durfte. Alpine Gletscher haben etwas zu bieten.

Der Steingletscher liegt am Sustenpass, einer touristischen Gegend zwischen den Kantonen Uri und Bern. Von der Passstraße erhält man einen guten Überblick.

Steingletscher am Sustenpass (Karl Urban)

Steingletscher am Sustenpass (Karl Urban)

Gut erkennbar sind fünf Ablagerungselemente des Gletschervorlands: Aus dem Gletschertor tritt Schmelzwasser unter dem Eis hervor und bildet einen braided river, ein hochenergetisches Flusssystem mit Sandbarren und sich ständig verlagernden Kanälen. Dieses System formt die Sanderfläche. Der Begriff ist dem isländischen Sandur entlehnt und beschreibt weit ausgedehnte glaziale Schwemmebenen. In Island können diese hunderte Quadratkilometer ausfüllen, da dort unter Gletschern aktive Vulkane lauern.

Hier verzweigt sich der Fluss jedoch schon bald zu einem Delta, das in einen Gletschersee mündet. Dieser liegt deutlich über dem Tal, da auf der anderen Seite durch die alte Endmoräne aufgestaut wird. Diese entstand, als der Steingletscher noch bis hierhin ausgedehnt war – doch dazu später mehr. Am Rand des Sees erkennt die kegelförmig aufgeschüttete Seitenmoräne, die ebenfalls entstand, als das Eis noch das gesamte Tal erfüllte. Sie entsteht durch von den Hängen abrutschendes Geröll, das durch das Eis aufgehalten wird.

Geologische Einheiten des Steingletschers am Sustenpass

Geologische Einheiten des Steingletschers am Sustenpass

Viel deutlicher als bei isländischen Gletschern sieht man hier, wie schnell der Klimawandel zum Rückzug der Gletscherzunge führt. Ich muss aber vorwegschieben, dass die natürlichen Klimaschwankungen ständig zu Vorstoß und Rückzug von Gletschern geführt haben. Zur Zeit des letzten glazialen Maximums vor rund 20.000 Jahren füllte der Gletscher das gesamte Tal bis auf die obersten 200 Höhenmeter auf. Das Abschmelzen dieser Eismassen, die bis nach Süddeutschland reichten, hatte keine anthropogenen Ursachen und war vor allem in schwankenden Erdbahnparametern begründet.

Als Geologe ist man es jedoch gewohnt, solche Schwankungen in geologischen Zeitskalen zu akzeptieren. Die Erde ist ein dynamischer Körper, das Klima hat immer geschwankt und so tun es die Eismassen. Schwankungen, die in menschlichen Zeiträumen passieren, lassen einen aber aufhorchen. Hier passiert etwas zu viel hastig.

Rückzug des Steingletschers am Sustenpass (Karl Urban)

Rückzug des Steingletschers am Sustenpass (Karl Urban)

Unser Professor besucht den Sustenpass jährlich mit einer Studentengruppe. Allein seit dem letzten Jahr hat sich der Gletscher um 100 Meter zurückgezogen. Im vergangenen Jahr hatte das Wasser speiende Gletschertor noch am Seeeingang gestanden.

Marsforschung und die Jagd nach Gletschern [Update]

August 31st, 2009

Svalbard liegt mitten im Nordpolarmeer und ist rund 850 von der norwegischen Küste entfernt (Openstreetmap, CC BY-SA)

Svalbard liegt mitten im Nordpolarmeer und ist rund 850 von der norwegischen Küste entfernt (Openstreetmap, CC BY-SA)

Mit modernen Methoden gelingt es heute, ein immer detailliertes Bild davon zu erlangen, wie Atmosphäre, Biosphäre mit den Ozeanen und der Geosphäre zusammenspielen. Die Planetologie hat sich von einer rein deskriptiven zu einer quantitativen Wissenschaft gewandelt. Wir verstehen immer besser, wie dynamische Prozesse auf der Erde ineinander greifen – und beginnen damit, dieses Wissen auch auf andere Körper des Sonnensystems zu übertragen.

Juan Diego Rodriguez-Blanco ist Mitglied des AMASE 2009-Teams, der diesjährigen Arctic Mars Analog Svalbard Expedition auf der Inselgruppe Svalbard. Ihr Ziel ist es, in einer lebensfeindlichen Umwelt unter widrigen Umständen wissenschaftliche Forschung zu betreiben und so etwas für den optimalen Betrieb von menschgemachten Erkundern zulernen –  auf dem Mars und anderswo im Sonnensystem. Manchmal geht es aber auch um rein menschliche Unzulänglichkeiten.

„Das Jagen von Eisbergen gehört hier zu den lustigsten Aktivitäten: Natürlich machen wir das aus streng wissenschaftlichen Gründen. Wir suchen Eisberge, in denen noch Sedimente eingeschlossen sind. Immerhin sind wir mitten in der Arktis und völlig umgeben von massiven Eiskappen. Wir sehen täglich dutzende Eisberge wobei die meisten von ihnen bestehen nur aus Blaueis bestehen. Manchmal treffen wir aber auf Exemplare mit eingeschlossenen Sedimentschichten – und die sehen wir uns genauer an.“ Eisberge gehören zu den wichtigen Nährstofflieferanten mariner Hochseehabitate. Welche Zutaten sie zum Menü der Meeresbewohner beitragen, möchte sein Team herausfinden.

Blaues, schmutziges Eis

Blaueis entsteht, wenn frischer Schnee, der auf einen Gletscher fällt, durch die Auflast jüngerer Niederschläge allmählich zusammengedrückt wird. Dabei steigt der Druck an und das Eis bildet größere Kristalle aus, die neue physikalische Eigenschaften besitzen. Rote und gelbe Wellenlängen werden nun stärker absorbiert, wodurch das Eis für uns blau erscheint. Ein blauer Eisberg ist also ein Stück eines kalbenden Gletschers und entstand nicht aus kürzlich gefrorenem Meerwasser, wie viele andere Schollen im Nordpolarmeer. Damit ist er für Rodriguez-Blancos Gruppe interessant und wert, näher in Augenschein genommen zu werden.

Auf Gletschern landet nicht nur Schnee. Von den Hängen des Gletschertals rutschen Gerölllawinen hinab und verteilen ihre Fracht auf der vormals weißen Eisfläche. Im Sommer taut ein Teil der Oberfläche und legt ältere Sedimentlagen frei. So akkumuliert in regelmäßigen Abständen feinkörnige Gesteinsfracht im Gletschereis. Dort verbleiben sie vorerst, doch Eis ist immer in Bewegung. Eine durchschnittliche Gletscherzunge speit erst nach hunderten bis tausenden Jahren die Eispakete wieder aus, die einmal aus frischem Schnee entstanden. Endet der Gletscher im Meer – wie auf Svalbard, in Norwegen oder Alaska – driften die schmutzigen blauen Eisberge hinaus ins arktische Meer und geraten hier in die Hände von Juan Diego Rodriguez-Blanco.

„Die Aufgabe klingt einfach: Finde einen frisch gekalbten Eisberg, entscheide, ob es sicher ist, sich ihm zu nähern, nimm Proben, schmilz` das Eis und separiere so Sedimenlage für Sedimentlage. Zurück im Labor nutzen wir verschiedene Techniken wie Mikroskopie, Röntgendiffraktometrie oder Infrarotspektroskopie, je nach spezifischer Fragestellung an die vorkommenden Eisenminerale“, schreibt Rodriguez-Blanco.

Die schwimmenden Eisschollen sind gefährliche Gebilde. Abhängig von Größe und Form kann selbst der geringste Auflastdruck dazu führen, dass er sich plötzlich komplett umdreht. Da sich das AMASE-Team auf Schlauchbooten nähert, gilt die Gefährdung für die gesamte Besatzung. Da 90% der Masse eines Eisbergs unter Wasser liegt, ist es oft nicht leicht, seine Form und Masse zu bestimmen. „Erst wenn wir schmutziges blaues Eis sehen und uns sicher sind, dass keine Gefahr besteht, schicken wir eine Person, die vom Schlauchboot aus gesichert wird. Die muss mit ihrer Eisaxt schnell arbeiten, denn nach maximal fünf Minuten sollte sie zurückkehren“, so Juan Diego Rodriguez-Blanco.

Die gesammelten Proben werden zur weiteren Untersuchung ins Labor der Universität Leeds in England geschickt. Im Mittelpunkt der Forschung steht die Frage, in welchem Maße eisenreiche Sedimente zum Eisenbudget des arktischen Ozeans heute im Vergleich zur letzten Eiszeit beiträgt. Eisen ist ein wichtiges Spurenelement und limitierender Faktor für die Bioproduktion mariner Habitate.

Mars an Erde

Ein Grundproblem stellt die Natur von robotischer Missionen dar. Wie entscheidet ein Rover, welchen Stein er untersuchen soll? Fahrzeuge wie Spirit oder Opportunity können täglich hundert Meter zurücklegen. Aufnahmen ihrer Umgebung reisen ein bis zwei Stunden durchs Sonnensystem, bevor Wissenschaftler auf der Erde entscheiden können, welche Anweisungen sie zurückschicken. Ein Ziel von AMASE ist die Simulation solcher Situationen, um zukünftige Rovermissionen wie Exomars der ESA oder Sample Return-Missionen der NASA effizienter zu machen.

Svalbard eignet sich auch besonders gut für die Aufgabe, die spezielle Situation robotischer Planetenerkunder zu simulieren: Karge Hügel bilden eine lebensfeindliche Umgebung, die marsianischen Landschaften recht nahe kommt, mit einem Unterschied: Es ist wegen wild lebenden Eisbären immer gut ein Gewehr dabei zu haben.

Die Science Operation Work Group innerhalb des AMASE-Teams besteht aus zwei Teams. Während eine Gruppe im Feld unterwegs ist und Daten sammelt, befindet sich die andere Gruppe im Basislager, um dort wissenschaftliche Fragestellungen zu diskutieren und daraus Anweisungen abzuleiten. Die Möglichkeiten des Basisteams sind begrenzt, denn sie können nur auf Fotos der Feldgruppe zurückgreifen und dürfen nicht direkt mit ihren Kollegen sprechen. Die Kommunikation ist – wie zwischen Erde und Mars – auf elementare Handlungsanweisungen begrenzt, die mit einiger Verzögerung zugestellt werden.

Mehr Berichte von AMASE 2009 gibt es in deren Blog bei der Planetary Society.