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Man nennt ihn "Black Beauty". Der Name passt: ein dunkler, gebrochener Meteorit, der leise ein Stück Mars durch die Leere zu unserem Planeten gebracht hat. Doch als Forschende moderne Computertomographie-Methoden auf eine fingernagelgroße Scheibe dieses gleichen Gesteins richteten, waren die Ergebnisse nicht nur ansprechend – sie veränderten Teile der Erzählung über die wasserreiche Vergangenheit des Mars.
Der Meteorit NWA 7034, Spitzname Black Beauty.
Black Beauty — formal NWA 7034 — gehört zu den wertvollsten marsianischen Proben in irdischen Sammlungen. Er entstand vor etwa 4,48 Milliarden Jahren und wurde wahrscheinlich durch einen massiven Einschlag von der Marsoberfläche ins All geschleudert. Der Meteorit bewahrt ein Gefüge aus uralten Bruchstücken, die miteinander verschweißt wurden. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler haben über Jahre hinweg Teile davon abgeschnitten, um seine Geschichte zu rekonstruieren; zerstörende Analysen verbrauchen dabei jedoch unersetzliches Material. Als nicht-destruktive Optionen leistungsfähiger und zugänglicher wurden, traf wissenschaftliche Neugier auf eine neue Möglichkeit.
Wie die Scans durchgeführt wurden und was sie ergaben
Ein Forscherteam unter Leitung von Estrid Naver von der Technischen Universität Dänemark wandte zwei komplementäre Computertomographie-Verfahren auf ein poliertes Fragment von Black Beauty an. Zum einen die konventionelle Röntgen-CT, wie sie aus Kliniken bekannt ist: schnell, gut darin, dichte Metalle wie Eisen und Titan hervorzuheben. Zum anderen die Neutronen-CT, eine seltener eingesetzte, aber sehr aufschlussreiche Technik, bei der Neutronen Materialien durchdringen und die besonders empfindlich gegenüber Wasserstoff sind.
Warum Neutronen? Weil Wasserstoff sich an unerwarteten Orten verbirgt und wo Wasserstoff vorkommt, oft auch Wasser oder Minerale, die in wässrigen Umgebungen entstanden sind. Die Scans des Teams zeigten nicht nur die erwarteten Gesteinsfragmente, sogenannte Klasten, sondern auch eine zuvor unterschätzte Population winziger, wasserstoffreicher Eisenoxyhydroxid-Klasten. Die Autoren bezeichnen diese als H-Fe-ox-Klasten. Sie machten nur etwa 0,4 % des gescannten Volumens aus — ein kaum sichtbarer Anteil nach Maßstäben von Weltraumgestein — doch chemische Berechnungen deuten darauf hin, dass diese Partikel bis zu 11 % des gesamten Wassergehalts der Probe beherbergen könnten.
Um die Größenordnung zu verdeutlichen: Der mittlere Wassergehalt von Black Beauty liegt bei ungefähr 6.000 Teilen pro Million (ppm) — bemerkenswert hoch für Material von einem Planeten, der heute als trocken gilt. Das Auffinden eines konzentrierten Reservoirs wasserstoffhaltiger Minerale in einem solchen Meteoriten impliziert lokal begrenzte, möglicherweise wiederholte Hydratationsereignisse auf dem frühen Mars.
Technisch betrachtet kombiniert die Verwendung von Röntgen-CT und Neutronen-CT komplementäre Sensitivitäten: Röntgenphotonen reagieren stark auf hohe Ordnungszahl-Elemente (z. B. Fe, Ti), während Neutronen über Kernwechselwirkungen vor allem leichte Elemente wie H sichtbar machen. Durch Registrierung und Korrelation beider Datensätze lassen sich mineralogische Phasen räumlich zuordnen und auch kleinräumige, wasserstoffreiche Einschlüsse identifizieren, die in rein röntgenbasierten Datensätzen leicht übersehen werden.
Die Analyse umfasste mehrere Schritte: hochauflösende Volumenscans, Segmentierung der verschiedenen Phasen, quantitative Abschätzung des Wasserstoffgehalts anhand bekannter Wechselwirkungsquerschnitte sowie chemisch-mineralogische Plausibilitätsprüfungen. Zusätzlich wurden Monte-Carlo-Simulationen zur Unsicherheitsabschätzung verwendet, um die Ergebnisse hinsichtlich Probennahme und Messartefakten zu verifizieren.
Warum diese winzigen Klasten wichtig sind
Kleine Dinge, große Bedeutung. Das Auffinden wasserstoffreicher Oxyhydroxide in Black Beauty verbindet verstreute Hinweise auf frühere Wasseraktivität auf dem Mars. Der Rover Perseverance gewann hydratisierte Minerale im Jezero-Krater an der Oberfläche; Black Beauty stammt jedoch aus einer völlig anderen Region. Dennoch deuten beide Beobachtungen auf weit verbreitete, liquide Wasserphasen hin, die bereits vor Milliarden von Jahren auf dem Mars wirkten.
Die Konsequenzen reichen über reine Mineralogie hinaus. Wenn ein eher marginaler Volumenanteil eines Meteoriten einen unverhältnismäßig großen Anteil des gebundenen Wassers enthält, verändert das unsere Vorstellung davon, wie Wasser auf frühen Planeten verteilt war. Statt eines flächendeckenden, homogenen Feuchtigkeitszustands sprechen diese Befunde für lokal begrenzte Alterationszonen, zeitlich begrenzte Wasserfilme oder kleine, tiefere Reservoire, die mineralogische Signaturen hinterließen.
Für Planetologen und Planetenchemiker eröffnen sich mehrere Forschungsfelder: Erstens die Frage nach den physikalischen und chemischen Bedingungen, die zu Bildung und Erhalt dieser H-Fe-ox-Phasen führten — Temperatur, pH-Wert, Redoxbedingungen und die Dauer hydrologischer Ereignisse. Zweitens die Herkunft der Fluidphasen: stammten sie aus Oberflächenprozessen, hydrothermaler Aktivität oder aus tiefen, fallenden Grundwasserleitern? Drittens die Frage nach der Altersverteilung dieser Alterationen: sind sie bei der Entstehung des Meteoritengesteins zeitgleich oder folgten sie späteren, wiederholten Ereignissen?
Praktisch eröffnet die Kombination aus nicht-destruktiver Bildgebung und gezielter, minimaler Probennahme einen konservierenden Arbeitsablauf: Proben können zuerst vollständig gescannt werden, um „Hotspots“ zu lokalisieren. Auf diese Weise lassen sich wertvolle, feuchte oder andersweitig sensible Bereiche identifizieren und nur dort schonend Material entnehmen. Das ist besonders relevant für künftige Probenrückführungsmissionen, bei denen das Öffnen von Containern und Verbrauch irreplaceable Materialien vermieden werden soll.
Allerdings ist die Aussicht zugleich von Unsicherheit begleitet. Ein koordinierter Mars Sample Return (MSR) Plan ist weiterhin mit finanziellen und zeitlichen Herausforderungen konfrontiert; Verzögerungen bedeuten, dass es Jahre dauern könnte, bis in größerem Umfang frische marsianische Proben auf der Erde verfügbar sind. Roboter-Missionspläne, unter anderem aus China, sind zwar am Horizont sichtbar, doch bis dahin bleiben terrestrische Marsmeteoriten wie Black Beauty das wichtigste Übungslabor für die Anwendung und Verfeinerung nicht-destruktiver Methoden.
Aus der praktischen Perspektive stellt sich außerdem die Frage nach Standardisierung: Wie sollten CT-Datensätze, Segmentierungsprozesse und Unsicherheitsmodelle dokumentiert und veröffentlicht werden, damit Ergebnisse zwischen Laboren vergleichbar sind? Eine international abgestimmte Methodik für Röntgen- und Neutronen-CT an meteoritischem Material würde die Vergleichbarkeit und Reproduzierbarkeit erhöhen und die Erkenntnisgewinnung über verschiedene Sammlungen hinweg beschleunigen.
Experteneinblicke
„Nicht-destruktive Bildgebung hat sich schneller entwickelt, als viele erwartet hatten“, sagt Dr. Leila Moretti, eine planetare Geochemikerin, die nicht an der Studie beteiligt war. „Die Möglichkeit, Wasserstoffverteilungen in einem Meteorit zu kartieren, ohne ihn zu zerstören, verändert die Art und Weise, wie wir Proben priorisieren. Es ist wie eine Röntgen-Visite für Wasser — nur differenzierter.“
Dr. Moretti betont, dass die Studie einen praktikablen Workflow demonstriert: „Zuerst scannen. Dann interessante Bereiche identifizieren. Anschließend gezielt und minimal Proben entnehmen. Dieses Vorgehen bewahrt den größten wissenschaftlichen Wert für zukünftige Generationen und für Analysemethoden, die wir heute noch nicht erfinden können.“
Über die Methodik hinaus schiebt der Befund die Narrative des frühen Mars leicht in eine neue Richtung. Wenn kleine, wasserstoffreiche Klasten einen überproportionalen Anteil des Wassergehalts eines Meteoriten speichern können, war die aquatische Geschichte des Planeten möglicherweise heterogener und mineralogisch komplexer, als das einfache Bild von „zuerst nass, dann trocken“ erlaubt. Lokale Alteration, kurzlebige Wasserfilme auf Oberflächen oder unterirdische Reservoirs könnten alle die mineralischen Fingerabdrücke hinterlassen haben, die in den H-Fe-ox-Klasten sichtbar sind.
Konkrete nächste Schritte sind gut absehbar: Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler sollten vergleichbare Neutronen- und Röntgen-CT-Untersuchungen an anderen marsianischen Meteoriten in Sammlungen weltweit durchführen. Ein systematischer Vergleich von Mineraltexturen, Wasserstoffkonzentrationen und räumlichen Verteilungen wird zeigen, ob Black Beauty ein Sonderfall oder ein repräsentatives Beispiel für frühmarsianische Prozesse ist. Sollte sich herausstellen, dass ähnliche H-Fe-ox-Klasten in vielen Proben vorkommen, würde das die Schlussfolgerung stützen, dass der frühe Mars über große Regionen hinweg vielfältige, wassergetriebene Umgebungen beherbergte.
In technologischer Hinsicht bleibt noch Raum für Verbesserungen: höhere Neutronenflussstärken für bessere Auflösung, kombinierte Datenfusion von Synchrotron-Röntgen-CT und Neutronen-CT, sowie maschinelles Lernen zur automatisierten Phasensegmentierung. Die Integration geochemischer Mikrosondenmessungen, Isotopenanalysen und in-situ Altersbestimmungen mit den CT-Daten könnte ein noch detaillierteres Bild der Prozesse liefern, die diese Minerale formten.
Black Beauty bleibt vorerst sowohl ein Fenster als auch eine Mahnung: Er bewahrt Hinweise auf einst reichliches Wasser, doch wir müssen solche Relikte mit größter Sorgfalt behandeln. Nicht-destruktive Bildgebung ist ein schonendes Skalpell — leistungsfähig, präzise und unverzichtbar in der Zeit bis zur nächsten Welle marsianischer Probenrückführungen.
Schließlich eröffnet dieser Befund auch interdisziplinäre Chancen: Geochemiker, Mineralogen, Planetologen, Instrumentenentwickler und Kuratoren von Gesteinssammlungen können gemeinsam Protokolle entwickeln, um den wissenschaftlichen Ertrag von wenigen, kostbaren Proben zu maximieren. Die Kombination aus konservierender Arbeitsweise, verbesserten Bildgebungs- und Analysestrategien sowie internationaler Kooperation bietet den besten Weg, um die Spuren von Wasser auf dem Mars in vollem Detail zu entschlüsseln — und damit wichtige Fragen zur früheren Bewohnbarkeit des Planeten zu beantworten.
Quelle: sciencealert
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