Reines Schwefel auf Mars freigelegt: Curiosity entdeckt

Als Nasa‑Rover Curiosity versehentlich einen scheinbar unscheinbaren Stein auf dem Boden des Gediz Vallis zerdrückte, offenbarte er eine helle, unerwartete Entdeckung: reine, gelbe Kristalle aus elementarem Schwefel. Dieser Fund verändert die Sicht der Wissenschaftler auf die lokale Mars‑Geochemie und wirft neue Fragen zur geologischen Vergangenheit des Roten Planeten auf.

Eine zufällige Offenbarung: wie ein Rad zum Geologen wurde

Im Mai 2024 rollte Curiosity — der 899 Kilogramm schwere Rover, der den Gale‑Krater untersucht — über eine fragile Mineralansammlung, die unter den Rädern sofort zerbröselte. Kameras und Spektrometer dokumentierten das frisch freigelegte Innere: lebhaft gelbe Kristalle, die als elementarer Schwefel (Brimstone) identifiziert wurden. Während Sulfatminerale auf dem Mars weit verbreitet sind, ist das Auffinden von Schwefel in rein elementarer Form in dieser Region des Planeten bisher beispiellos.

Der von Curiosity auf dem Mars gefundene Schwefel

Besonders bemerkenswert an dem Fund ist nicht nur der Schwefel selbst, sondern auch der Kontext: Gediz Vallis ist offenbar übersät mit anderen Steinen, die dem unzerbrochenen Klumpen ähneln, den Curiosity zufällig aufbrach. Dieses Muster deutet darauf hin, dass elementarer Schwefel lokal möglicherweise häufiger vorkommt als bislang angenommen — eine Möglichkeit, die erklärungsbedürftig ist.

Warum reiner Schwefel geologisch überraschend ist

Auf dem Mars tritt Schwefel meist in Form von Sulfaten auf: Mineralien, die entstehen, wenn Schwefel in Gegenwart von Wasser mit Sauerstoff und anderen Elementen reagiert und bei Verdunstung konzentriert wird. Sulfate gelten seit langem als wichtiger Hinweis darauf, dass der Mars einst flüssiges Wasser und potenziell bewohnbare chemische Bedingungen beherbergte.

Elementarer Schwefel bildet sich hingegen unter enger gefassten Bedingungen. Auf der Erde findet man ihn häufig in der Nähe von vulkanischen Fumarolen, hydrothermalen Quellen oder als Produkt von chemischen Reaktionen, bei denen Schwefelwasserstoff (H2S) oxidiert und reiner Schwefel zurückbleibt. Solche Prozesse benötigen charakteristische Temperatur‑, Redox‑ und Gasbedingungen. Keine der allgemein akzeptierten Modellvorstellungen für Gediz Vallis hatte vorausgesagt, dass sich in sichtbaren, oberflächennahen Ablagerungen elementarer Schwefel bildet oder abgelagert wird.

„Ein Feld aus Steinen aus reinem Schwefel zu finden ist wie eine Oase in der Wüste“, sagte Ashwin Vasavada, Projektwissenschaftler von Curiosity am Jet Propulsion Laboratory der NASA. „Es sollte dort nicht sein, also müssen wir eine Erklärung finden. Genau das macht die planetare Erforschung so spannend: das Entdecken von Fremdartigem und Unerwartetem.“

Was die Instrumente uns verrieten

Curiosity ist mit einer vielfältigen Instrumentensuite ausgerüstet, um Chemie aus der Ferne und in unmittelbarer Nähe zu identifizieren: Mastcam‑Aufnahmen für hochauflösende Kontextbilder, ChemCam‑Laser‑Spektroskopie (LIBS) zur schnellen Zusammensetzungsanalyse, APXS für elementare Analysen, CheMin für Röntgendiffraktometrie und SAM (Sample Analysis at Mars) zur Analyse flüchtiger Verbindungen und organischer Verbindungen. Durch die Kombination von Bildgebung und spektralen Signaturen konnten die Missionswissenschaftler bestätigen, dass die leuchtgelben Körner elementarer Schwefel sind und nicht nur ein Sulfatüberzug oder eine andere Mineralphase.

Ein dem von Curiosity zerbrochenen Stein sehr ähnlicher Brocken, neun Tage nach dem Schwefelfund fotografiert

Da der Rover den Stein unabsichtlich aufbrach, bot sich den Ingenieuren und Wissenschaftlern eine seltene Gelegenheit: eine frisch freigelegte Oberfläche zur Analyse, ohne Bohren oder Schleifen. Hätte der Rover eine andere Route genommen, wären diese Hinweise möglicherweise noch Monate oder Jahre verborgen geblieben. Solche serendipitären Entdeckungen sind ein zentraler Vorteil mobiler Plattformen in der Planetenerkundung.

Technisch gesehen erlaubten die gemessenen LIBS‑Spektren von ChemCam die Erkennung charakteristischer Emissionslinien, die mit Schwefel in Verbindung stehen. CheMin‑XRD‑Muster lieferten Hinweise auf nicht kristalline oder feinverteilte Phasen, während APXS die elementaren Verhältnisse verifizierte. SAM konnte, sofern ausreichend Material verfügbar war, flüchtige Bestandteile und eventuelle organische Begleitstoffe untersuchen — wichtig für die Einordnung geochemischer Entstehungsprozesse.

Auswirkungen auf Mars‑Geochemie und Habitabilität

Elementarer Schwefel hat biochemische Relevanz: Auf der Erde ist Schwefel Teil von Stoffkreisläufen, die mikrobielles Leben unterstützen, und Sulfatmineralien sind eine der Quellen, aus denen Organismen Schwefel für Aminosäuren und Proteine beziehen. Das Vorkommen von Sulfaten auf dem Mars gilt schon länger als Indiz für mögliche frühere habitablere Bedingungen. Der Nachweis von elementarem Schwefel allein beweist keine Existenz von Leben, erweitert jedoch das bekannte chemische Inventar des Planeten und zeigt die Vielfalt der Prozesse, die seine Oberfläche geformt haben.

Mögliche Bildungs‑ und Ablagerungsszenarien, die zur Erklärung herangezogen werden, umfassen:

• Frühere lokale vulkanische oder hydrothermale Aktivität, bei der schwefelreiche Gase freigesetzt wurden, die beim Abkühlen kondensierten und als elementarer Schwefel abgelagert wurden.
• Oxidations‑Reduktions‑Reaktionen, bei denen schwefelhaltige Flüssigkeiten unter ungewöhnlichen Redox Bedingungen elementaren Schwefel ausscheiden.
• Transport und Ablagerung von Schwefelmaterial aus weiter entfernten Quellen, gefolgt von lokal begrenzter chemischer Umwandlung an der Oberfläche.

Jedes dieser Szenarien erfordert detaillierte geochemische Modellierung und zusätzliche Felddaten. Einige Modelle deuten auf zeitlich begrenzte warme oder chemisch reduzierende Umgebungen in der Mars‑Geschichte hin — Bedingungen, die für die Rekonstruktion der planetaren Entwicklung und die Bewertung früherer Habitabilität relevant wären.

Weiterhin können isotopische Analysen (z. B. Schwefel‑Isotopenfraktionierung) Hinweise auf die Herkunft und die Bildungsbedingungen des Schwefels geben. Auf der Erde liefern solche Messungen Informationen darüber, ob biotische Prozesse beteiligt waren oder ob das Muster durch anorganische Reaktionen erklärt wird. Auf dem Mars wären zuverlässige Isotopenmessungen ein wertvoller, wenn auch technisch anspruchsvoller Beleg.

Nächste Schritte für Curiosity und Forschende

Die Wissenschaftler werden weiterhin die Verteilung der schwefelähnlichen Steine entlang des Gediz Vallis kartieren und deren Texturen sowie mineralogische Zusammensetzungen vergleichen. Laborpraktische Modellierungen, gezielte Experimente und geochemische Computersimulationen sollen die möglichen Entstehungswege eingrenzen. Curiosity wird weitere Nahaufnahmen und Spektren sammeln; wo es sicher und technisch möglich ist, könnten ähnliche Steine gezielt für zusätzliche Analysen oder, falls erforderlich, für Bohrungen anvisiert werden.

Curiosity hat bislang 42 pulverisierte Gesteinsproben mit dem Bohrer am Ende des Roboterarms entnommen. Hier sind alle 42 Bohrlöcher zu sehen.

Parallel dazu sind weitergehende Analysen denkbar: Laborversuche auf der Erde, die die Kondensations‑ und Oxidationsbedingungen nachstellen, könnten helfen, Bildungsgrade und Stabilität elementaren Schwefels unter marsähnlichen Druck‑ und Temperaturbedingungen zu bestimmen. Modellrechnungen könnten abschätzen, welche Gasvolumina und Temperatur‑Profile erforderlich wären, um die beobachteten Oberflächenvorkommen zu erzeugen. Ferner könnte die Suche nach begleitenden Mineralen — etwa Phasen, die typisch für hydrothermale Systeme sind — die Plausibilität einzelner Szenarien stützen oder widerlegen.

Fachliche Einschätzung

„Solche unerwarteten Mineralbildungen erinnern uns daran, dass der Mars ein dynamisches Archiv bleibt“, sagte Dr. Elena Marquez, Planetengeochemikerin am Imaginary Planetary Institute. „Elementarer Schwefel weist auf lokal begrenzte chemische ‚Fabriken‘ in der Mars‑Vergangenheit hin — vielleicht hydrothermale Pulse oder Schwefel‑reiche Gasfreisetzungen. Der Weg von der Entdeckung zur Erklärung wird Roverdaten, Laborexperimente und Modelle verbinden. Er könnte außerdem aufzeigen, wo künftige Proben‑Caching‑Missionen Gesteine auswählen sollten, die zur Erde zurückgebracht werden.“

Praktisch unterstreicht der Fund den Wert mobiler Feldarbeit auf anderen Himmelskörpern. Die Mobilität von Rovern kombiniert mit einer breiten Instrumentenausstattung ermöglicht es Wissenschaftlern, serendipitöse Entdeckungen zu machen und Anomalien schnell zu untersuchen — etwas, das stationäre Lander wahrscheinlich übersehen würden.

Was das für zukünftige Exploration bedeutet

Das Verständnis der Entstehungsbedingungen und der Verbreitung von elementarem Schwefel im Gediz Vallis wird helfen, Auswahlkriterien für Landeplätze und Probenstrategien für zukünftige Missionen zu verfeinern. Wenn Schwefelablagerungen ein Hinweis auf vergangene hydrothermale Umgebungen sind, könnten sie zu prioritären Zielen für Probenrückführung und die Suche nach Biosignaturen werden. In diesem Zusammenhang sind Verknüpfungen zu bereits laufenden Programmen wichtig: Beispielsweise erweitert Perseverance weiterhin unser Bild der Mars‑Diversität und sammelt Proben im Jezero‑Krater, die zum Teil für eine mögliche Mars Sample Return‑Mission vorgesehen sind.

Langfristig können Erkenntnisse aus Gediz Vallis die integrierte Missionsplanung beeinflussen: von der Auswahl wissenschaftlich ergiebiger Stellen für eine Probengewinnung bis zur Priorisierung instrumenteller Fähigkeiten für künftige Rover und Lander (z. B. verbesserte Isotopenanalyse, empfindlichere organische Detektoren, erweiterte Bohrkapazität). Die Kombination aus in situ‑Messungen, Probenrückführung und terrestrischen Laboruntersuchungen bleibt der robusteste Ansatz, um komplexe Fragestellungen zur geologischen und potenziell biologischen Vergangenheit des Mars zu klären.

Zusammenfassend zeigen die Beobachtungen von Curiosity, wie selbst ein zufälliger Kontakt zwischen Rad und Stein bedeutsame neue wissenschaftliche Fragen aufwerfen kann. Die Untersuchung elementaren Schwefels im Gediz Vallis bietet eine Gelegenheit, Prozesse zu verstehen, die in der Mars‑Geochemie bisher wenig berücksichtigt wurden, und könnte die Suche nach früheren habitablen Umgebungen auf dem Planeten neu ausrichten.