Flüsse formten Titan-Landschaft

  • 19. May 2017

Vergleich von Flusstälern auf Erde, Mars und dem Saturnmond Titan gibt Hinweise auf deren geologische Entwicklung.

Gleich mehrere Himmels­körper unseres Sonnen­systems zeigen eindrucks­voll den Einfluss von Fließ­gewässern auf die Landschaft. Neben den Fluss­läufen unserer Erde zählen hierzu nicht nur die staubigen Fluss­betten unseres ausge­trockneten Nachbarn Mars, sondern auch die Kohlen­wasserstoff-Flüsse des Saturn­monds Titan. Ein inter­nationales Team von Wissen­schaftlern um Benjamin Black vom City College of New York hat deshalb nun die Topo­graphie dieser Fluss­täler und ihren Zusammen­hang mit der Landschaft untersucht, in die sie einge­bettet sind. Dabei stießen die Wissen­schaftler auf interessante Zusammen­hänge zwischen kurz- und länger-reich­weitigen Korre­lationen zwischen Fließ­richtungen und Gelände­form, die Aufschluss über die geschicht­liche Entwicklung der unter­schiedlichen Geo­logien geben.

Abb.: Die Flusslandschaft Ligea Mare auf dem Saturnmond Titan, aufgenommen mit dem Synthetic Aperture Radar der Saturnsonde Cassini. (Bild: NASA)

Abb.: Die Flusslandschaft Ligea Mare auf dem Saturnmond Titan, aufgenommen mit dem Synthetic Aperture Radar der Saturnsonde Cassini. (Bild: NASA)

So konnten die Forscher beim Vergleich verschiedener Topo­graphien von Fluss­läufen und den durch sie geprägten Land­schaften eine Reihe von Forma­tionen ausfindig machen, die auf den ersten Blick recht unge­wöhnlich aussahen. Gerade auf der Erde folgen die Fließ­richtungen von Flüssen nicht unbedingt dem Gefälle der Land­schaft, sondern sind mit diesem oft nur schwach korre­liert. Teil­weise schneiden sie sich sogar durch anstei­gendes Gelände oder laufen ein ganzes Stück weit beinahe ebenerdig, anstelle der natür­lichen Neigung des Bodens zu folgen.

Die Erklärung für solche auf­fälligen Ab­weichungen vom kür­zesten Weg talwärts liegt in der geo­logischen Geschichte der unter­schiedlichen Himmels­körper. Auf der Erde liegen besonders dyna­mische Bedingungen vor: Sie hat nicht nur eine aktive Platten­tektonik, sondern auch einen im Vergleich besonders schnellen Wasser­kreislauf. Dieser versorgt die Fluss­läufe mit ausreichend Wasser, um in geo­logisch kurzen Zeiten Fluss­betten durch Erosion „auszu­schleifen“. Anderer­seits zwingen Ereig­nisse wie etwa die Entstehung von Gebirgen Flüsse zur Umorien­tierung.

Auf dem Mars hingegen zeigt sich ein etwas anderes Bild: Hier gibt es einen wesent­lich stärkeren Zusammen­hang der Orien­tierung von Fluss­tälern und dem Neigungs­gradienten der Ober­fläche. Dies deutet darauf hin, dass sich die Flusstäler entlang einer schon vorhan­denen Topo­graphie gebildet haben. Offenbar kann hier Platten­tektonik keine oder zumindest keine größere Rolle gespielt haben. Aller­dings werden solche Fragen in Zukunft noch im Detail zu klären sein, denn es gibt durchaus Indizien, die für Platten­tektonik auf dem Mars sprechen. So deuten manche Forscher bestimmte Verwerfungs­zonen des riesigen Graben­systems Valles Marineris durch platten­tektonische Einflüsse – aller­dings ist diese These durchaus nicht unum­stritten.

Die Orien­tierungen von Fluss­tälern auf dem Mars scheinen jedenfalls nicht durch Platten­tektonik beein­flusst zu sein. Zwar ist die Überein­stimmung zwischen Fließ­richtungen und Gelände­neigung auch auf dem Mars nicht perfekt. Aber die Wissen­schaftler haben anhand ver­schiedener Modelle heraus­gefunden, dass diese Ab­weichungen ebensogut durch Einschlag­krater von Meteo­riten stammen können. Größere Ein­schläge scheinen aber nur vor langer Zeit statt­gefunden zu haben, ins­besondere zur Zeit des großen Bombard­ments vor rund vier Mil­liarden Jahren. Im Gegen­satz zur Erde folgen die Flusstäler auf dem Mars dem Gelände und durch­schneiden es nicht. Die Topo­graphie der Fluss­täler auf dem Mars spricht nach Ansicht der Forscher deshalb gegen eine Platten­tektonik in jüngerer Zeit, als die Fluss­täler sich heraus­bildeten. Stattdessen spricht sie für langreich­weitige geo­logische Verän­derungen wie etwa thermische Expan­sionen oder Kontrak­tionen der Mars­kruste.

Titan besitzt genau wie die Erde einen aktiven Flüssigkeits­kreislauf. Dieser besteht jedoch nicht aus Wasser, sondern aus Kohlenwasser­stoffen wie etwa flüssigem Methan. Titan ist nicht so präzise karto­graphiert wie die Erde oder der Mars, aber anhand der Daten des Synthetic Aperture Radars der Saturn­sonde Cassini konnten die Forscher 71 Fluss-Netzwerke in hin­reichender Auflösung ana­lysieren. „In vielerlei Hinsicht ähneln die Land­formen, die wir auf Titan sehen, denen auf der Erde, inklusive Tälern, Becken und Bergen“, sagt Benjamin Black. „Das ist faszi­nierend, denn beim genaueren Hinsehen zeigt sich, dass Titans Netzwerk aus Flüssen diese Formen trotz einer von der Erde ganz ver­schiedenen tek­tonischen Geschichte zeigt.“

So konnten die Forscher an Titans Nordpol tiefe Fluss­täler ausmachen, die durch den aus tief­gefrorenem Eis bestehenden Boden schneiden. Bei niedri­geren Breiten­graden hingegen ist die Topo­graphie etwas weniger drama­tisch. Anscheinend bestehen am Nordpol geo­logische Prozesse mit kürzerer Aus­dehnung für die Unter­schiede bei den Fließ­gewässern. Andere Studien hatten bereits Indizien für tek­tonische Prozesse an Titans Südpol geliefert – diese deuten Gleiches nun am Nordpol an. Insgesamt ähnelt die Fluss-Topo­graphie jedoch stärker derjenigen des Mars, was ange­sichts einer fehlenden globalen Platten­tektonik zu erwarten war.

In Zukunft wollen die Wissen­schaftler auch noch andere Gesteins­planeten unseres Sonnen­systems analysieren. Die Unter­suchung der Geologie anderer Planeten muss sich dabei nicht auf dauerhafte Fließ­gewässer beschränken. Anhand der ent­wickelten Modelle wollen die Forscher insb­esondere den Fluss vulkanischer Lava ana­lysieren, die eben­falls Aufschluss über die geo­logische Geschichte liefern kann – etwa auf der Venus.

Dirk Eidemüller

JOL

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