Magmatische und sedimentäre Ursprünge der Einheiten im Jezero-Krater aus Röntgen-Kristallkartierung auf dem Mars

Gesteine an einem antiken Mars-See

Der Jezero-Krater, Landeplatz der NASA-Raumsonde Perseverance, beherbergte einst einen See und ein Flussdelta. Heute enthalten seine Gesteine Hinweise auf die vulkanische Vergangenheit des Mars und seine wasserreichen Umgebungen. Die Studie stellt eine auf den ersten Blick einfache, aber weitreichende Frage: Bestehen wichtige Gesteinsschichten in Jezero aus erstarrter Lava oder aus Sedimenten, die von Wasser abgelagert und später verändert wurden? Die Antwort bestimmt, wie Wissenschaftler die Geschichte des Planeten deuten und wo sie nach Hinweisen auf uriges Leben suchen.

Ein Krater voller verborgener Hinweise

Jezero liegt innerhalb einer der größten Mars-Lagerstätten des Minerals Olivin, vermischt mit Karbonatmineralen, die in Gegenwart von Wasser entstehen können. Aus der Umlaufbahn wurden diese Ablagerungen unterschiedlich interpretiert: als Lavaströme, vergrabene Magmakörper, wassertransportierte Sedimente oder Vulkanasche. Am Boden hat Perseverance mehrere unterscheidbare Einheiten untersucht: lavahafte Gesteine auf dem Kraterboden, ein Flussdelta aus Sandsteinen und Konglomeraten sowie eine rätselhafte „Rand-Einheit“ reich an Olivin und Karbonat entlang des westlichen Kraterrands. Zu klären, ob jede dieser Einheiten direkt aus Magma entstand oder aus umgelagerten Sedimenten, ist entscheidend, um zu rekonstruieren, wie lange dort flüssiges Wasser vorhanden war.

Kristalle mit Röntgenstrahlen lesen

Das Team konzentrierte sich auf Olivinkristalle als winzige Aufzeichner des Gesteinsursprungs. Die innere Mischung aus Magnesium und Eisen in Olivin variiert je nach Schmelze oder Ausgangsgestein. Um diesen chemischen Fingerabdruck zu lesen, nutzte die Studie das PIXL-Instrument von Perseverance, das Röntgenstrahlen auf abgeschliffene Gesteinspatches richtet und sowohl deren chemische Zusammensetzung als auch schwache Beugungspeaks aufzeichnet, die durch Kristallstrukturen entstehen. Diese Messungen wurden mit einer automatisierten Klassifikationsmethode namens MIST kombiniert, die rein mineralische Bereiche identifiziert. Durch die Verknüpfung räumlicher Muster, Kristallstruktur-Signale und Chemie kartierten die Autorinnen und Autoren die Zusammensetzung einzelner, intakter Olivinkörner und minimierten dabei Störeinflüsse benachbarter Minerale — ein häufiges Problem bei der Analyse so feinkörniger Texturen aus der Ferne.

Unterschiedliche Geschichten in verschiedenen Teilen des Kraters

Bei der Anwendung dieses neuen Ansatzes über mehr als tausend Mars-Tage Roverbetrieb verglichen die Forschenden Olivinkörner aus drei Hauptumgebungen: magmatische Gesteine auf dem Kraterboden, sedimentäre Gesteine im oberen Fan (Delta) und die Rand-Einheit. In der Séítah-Formation auf dem Kraterboden waren die Olivin-Zusammensetzungen eng gebündelt und entsprachen den Erwartungen für Kristalle, die langsam aus einer einzigen Magmenkammer ausgefallen sind, sogenannte magmatische Kumulate. Einige Blöcke auf dem oberen Fan zeigten eine ähnlich enge Verteilung, jedoch mit magnesiumreicheren Olivinen, was auf eine andere, tiefere oder primitivere Magmaquelle hindeutet. Im Gegensatz dazu wiesen Olivinkörner in den Sandsteinen und Konglomeraten des oberen Fans eine breite Palette von Zusammensetzungen auf, was darauf hinweist, dass Flussprozesse Material aus mehreren chemisch unterschiedlichen Quellen außerhalb des Kraters vermischt hatten.

Ein neuer Blick auf das rätselhafte Randgebiet

Über die Rand-Einheit wurde spekuliert, ob sie eine Uferablagerung oder eine lokale Ausprägung der aus der Umlaufbahn sichtbaren olivin–karbonatreichen Schicht darstellt. Die Olivinkristalle dort erzählten eine einheitlichere Geschichte. Ihre Zusammensetzungen bildeten eine einzige, relativ enge Population, die derjenigen der magmatischen Kumulateinheit Séítah auf dem Kraterboden sehr ähnlich war. Die Streuung der Werte war gering und könnte durch Kristallzonierung, subtile Messeeffekte oder — wichtig — durch chemische Veränderungen infolge wassergetriebener Alteration erklärt werden, die bestimmte Olivintypen bevorzugt auflöst. Die Forschenden fanden keine Hinweise auf mehrere unterschiedliche Quellen, wie man sie erwarten würde, wenn die Rand-Einheit aus einem Gemisch transportierter Sedimente wie im oberen Fan aufgebaut wäre.

Was das für die Vergangenheit des Mars bedeutet

Indem diese Arbeit die Nutzung der PIXL-Daten verfeinert, zeigt sie, dass einzelne Kristalle auf dem Mars fast wie Gesteinsproben im Labor auf der Erde behandelt werden können. Die Olivin-Fingerabdrücke bestätigen, dass die Einheiten auf dem Kraterboden Produkte von Magmen sind, die an Ort und Stelle kristallisierten, während die Fan-Sedimente Material aus mehreren entfernten Quellen vermischen. Entscheidend ist, dass die Rand-Einheit — die manche für überwiegend sedimentär hielten — nun offenbar von veränderten magmatischen Gesteinen dominiert wird, die mit derselben magmatischen Episode in Verbindung stehen, die Séítah bildete. Das deutet auf eine umfassendere vulkanische Grundlage unter Jezeros antikem See hin und präzisiert den Kontext für die Proben, die Perseverance für eine spätere Rückführung zur Erde einlagert.

Zitation: Orenstein, B.J., Flannery, D.T., Jones, M.W.M. et al. Igneous and sedimentary origins of Jezero crater units from X-ray crystal mapping on Mars. Commun Earth Environ 7, 283 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03227-2

Schlüsselwörter: Mars-Geologie, Jezero-Krater, Perseverance-Rover, Olivinkristalle, magmatische und sedimentäre Gesteine