Erosionsrinnen auf dem Mars: Morphologie, Verbreitung, Genese und zeitliche Einordnung der Bildungsprozesse

Abstract

Die vorliegende Arbeit beschäftigt sich mit der Untersuchung von Erosionsrinnen auf dem Mars anhand hochauflösender Bildaten (Mars Orbiter Camera MOC) der amerikanischen Mars Global Surveyor Mission (MGS). Auf der Erde werden Erosionsrinnen durch Schuttströme gebildet, einer Massenbewegung in der Wasser involviert ist. Da angenommen wird, daß die Formen auf dem Mars sehr jung sind, könnte dies auf flüssiges Wasser in jüngster Vergangenheit hindeuten. Der Schwerpunkt der Arbeit liegt in der morphologischen Auswertung, einer globalen Kartierung der Verbreitung und der zeitlichen Einordnung der Bildungsprozesse. Die Ergebnisse in ihrer Gesamtbetrachtung lassen folgende Schlußfolgerungen zu: Die Morphologie der Erosionsrinnen zeigt, daß sie durch Fließprozesse von Fein- und/oder Schuttmaterial vermischt mit Wasser gebildet wurden. Weder trockene Massenbewegungen noch gasförmiges oder flüssiges Kohlendioxid sind mit der Morphologie, physikalischen Rahmenbedingungen oder Entstehungszonen der Erosionsrinnen vereinbar. Die Verbreitung in mittleren und hohen Breiten als auch die Exposition der Formen deutet auf einen starken klimatischen Einfluß hin. Am wahrscheinlichsten ist daher eine Bildung der Erosionsrinnen durch Ablagerung von Wasser aus der Atmosphäre und Schmelzen durch Insolation. Da nicht alle Erosionsrinnen durch den gleichen Prozeß entstanden sein müssen, können auch Sickerwasseraustritte als zusätzlicher Bildungsprozeß nicht ausgeschlossen werden. Schmelzen von Grundeis, bedingt durch geothermale Erwärmung, ist hingegen sehr unwahrscheinlich, da keine Lagekorrelation zu vulkanischen Gebieten auftritt. Die Bildung der meisten Erosionsrinnen bedarf anderer Klimabedingungen als heute. Eine mögliche Erklärung wären Klimaschwankungen, die durch eine höhere Achsenneigung des Mars ausgelöst wurden. Dadurch wären größere Wassereismengen in mittleren Breiten abgelagert worden. Eine morphologische Altersklassifizierung von Erosionsrinnen (erhaltene, degradierte und bekraterte Erosionsrinnen) weist deutliche Unterschiede in der Verbreitung und Exposition auf, welches auf einen Klimawandel hinweist. Relative und absolute Altersbestimmungen von Erosionsrinnen ergaben Alter von jünger als 3 Millionen Jahren (möglicherweise jünger als 300.000 Jahren) für morphologisch erhaltene Erosionsrinnen und zwischen etwa 5 10 Millionen Jahren für bekraterte Erosionsrinnen.

The work presented here analyses gullies on Mars using high resolution images (Mars Orbiter Camera MOC) of the Mars Global Surveyor Mission (MGS). Gullies on Earth are formed by debris flows, a mass movement in which water is involved. It is assumed that gully features on Mars are young and therefore they could indicate the presence of liquid water in the recent past. The main focus of this work lies in a morphological analysis, a global mapping of their distribution and a determination of their formation time. The investigation shows that the gullies on Mars are formed by flow processes of fine grained and/or debris material mixed with liquid water. Neither dry mass movements nor liquid carbon dioxide or gas are consistent with their morphology, physical conditions or the geographic settings of gullies. Their distribution in mid- and high-latitudes as well as their orientations strongly indicate a climatic control for their formation. The formation of gullies are most probably due to the deposition of atmospheric water and melting by insolation. However, not all gullies had to be formed by the same process: an additional formation process by groundwater outbreaks or seepage is possible. Melting of ground ice triggered by geothermal heating is unlikely, because there is no correlation of the distribution of gullies to volcanic regions. The formation of most gullies needs other climatic conditions as today. One explanation would be climate changes due to variations in obliquity (the angle between Mars pole of rotation and the ecliptic plane). This would lead to the deposition of water ice in mid-latitudes during periods of high obliquity. A morphologic age classification of gullies (pristine, degraded and cratered gullies) shows clear differences in their distribution and orientation which could indicate a climate change. Relative and absolute age determinations of gullies yield to ages of less than 3 million years (possibly less than 300,000 years) for morphologically pristine gullies and between 5 and 10 million years for cratered gullies.