Teil zwei der kleinen Untersuchung warum Marskolonien recht problematisch werden ist das Wasser. Teil 1 befasste sich mit der Atmosphäre. Schauen wir uns zuerst einmal an wie es auf der Erde aussieht, Die Erde ist zu 70% mit Wasser bedeckt, Es sind insgesamt 1,4 Milliarden Kubikkilometer, was einer Kugel von von 1.400 km Größe entspricht. Die Erde hat so viel Wasser wie die mittelgroßen Monde des Saturn oder Uranus (Tethys, Dione, Rhea, Iapetus, Ariel, Umbriel, Oberon und Miranda haben in etwa diese Größe und bestehen auch vornehmlich aus Eis).
Auf der Erde ist der größte Teil Salzwasser in den Meeren. (rund 96,5%) Es entstand weil das Wasser leichtlösliche Salze über Millionen von Jahren aus dem Gestein löste. Das betraf vor allem die Ionen Natrium und Chlorid, die gut wasserlöslich sind und kaum im Gestein gebunden werden. Dagegen wurde das Kalium durch Gesteine fixiert. Nur 3,5% des Wassers sind Süßwasser, die Hälfte davon ist relativ immobil an den Polen fixiert. Die Menschheit und alle Lebeweisen auf dem Land leben von den restlichen 23,4 Millionen Kubikkilometern, von denen auch das meiste als Grundwasser kaum verfügbar ist. Nur rund 250.000 km³ sind die Wassermengen die wir wahrnehmen in Form von Regen, Bächen, Flüssen und Seen. Das sind weniger als 0,18% des gesamten Wassers.
So gesehen sollte eine Marskolonie eigentlich mit wenig Wasser auskommen, zumal man es ja auch wiederverwendet. Neben der Funktion als Trinkwasser, zum Bewässern oder als Lösungsmittel für Abfallstoffe gibt es einen Aspekt der schwerer bezifferbar ist: Der Einfluss auf das Klima. Wir leben heute mit so viel Wasser um uns, das es schwer möglich ist uns vorzustellen, wie die Erde mit wenig Wasser aussehen würde. Aber es gibt einige Indizien, Hier einige Einflüsse des Wassers auf unser Klima:
Wasser vermindert die Temperaturextreme. Geht man in Europa, auf demselben Breitengrad immer weiter nach Osten, z.B. über spanien - Frankreich - Deutschland - nach Russland so wird das Klima immer "kontinentaler", das bedeutet die Tagestemperaturen steigen an, die Nachttemperaturen fallen stark ab. Wir entfernen uns vom Atlatik und dem Golfstrom. Wasser hat anders als der Erdboden eine sehr große Wärmekapazität, das bedeutet es speichert tagsüber Wärme, die auch viel tiefer eindringt (je nach Klarheit erreichen Lichtstrahlen bis 100 m Tiefe) und nachts gibt es die Wärme an die Luft wieder ab. Zudem erzeugt erwärmtes wasser Strömungen, die dazu führen, das ständig neues Wasser Wärme aufnehmen kann. Damit wird aber auch Wärme umverteilt, sodass küstennahe nördliche oder südliche Regionen weitaus wärmer sind als die im Landesinneren gelegenen Gebiete. Dies betrifft die Jahresmitteltemperaturen. Wasser heizt sich tagsüber nicht so stark auf wie Erdboden, speichert aber die Wärme und gibt sie des Nachts ab, daher sind die Temperaturextreme über den Tag geringer. Deutlich wird dies in Wüstengebieten, wo es Tagsüber +%0° C heiß werden kann, aber nachts die Temperatur unter den Gefrierpunkt fällt. Bedingt durch den Temperaturunterschied zwischen Land und Wasser kommt es auch zu Windströmungen die kühlen und über dem wasser zu Wolkenbildung die dann ins Land ziehen und sich ausregnen. Besonders an der Küste ist dies Extrem, es gibt dann ein mildes Küstenklima, wie man sieht wenn man Küstenregionen mit dem Landesinneren vergleicht (Südküste von Spanien mit dem Landesinneren, Mittelmeerküste der Türkei mit dem Landesinneren). Gerade das Mittelmeer und das schwarze Meer zeigen wie nicht einmal große Wasserflächen (verglichen mit den Ozeanen) das Klima beeinflussen können. Im Extremfall reichen dazu sogar Seen, wie die Insel Mainau mit mediterranem Klima inmitten des Bodensees zeigt.
Regenwolken bilden sich vor allem über dem Wasser und die meisten regnen auch
dort zum größten Teil aus. Sie entstehen durch die Verdunstung von Wasser und der Auskondensation in der kühlen Luft. Sie ziehen dann
übers Land und regnen dort auch aus. Ohne große Wasserflächen gäbe es keinen Regen. Damit würde aber auch ein Großteil des von uns
Süßwassers, das schlussendlich fast alles auf Regen zurückgeht, der irgendwann in Bächen, Flüssen oder Seen landet wegfallen.
Allerdings ist die Betrachtung sehr stark vereinfacht. So bilden sich auch durch die Wärmeunterschiede Meereströmungen die genau gegenteilige Effekte haben können. Zwei Beispiele sind der Golfstrom, der dafür sorgt, dass in Europa das Klima recht warm ist, an der Küste Amerikas wo er entsteht, aber kaum der Effekt des milden Klimas zum Tragen kommt und der kalte Benguela Strom aus der Antarktis, der dazu führt, dass sich an der Westküste von Südafrika praktisch keine Regenwolken über dem Meer bilden, Als Folge ist ein 2000 km langer Küstentriefen nur Wüste - die Namib Wüste.
Wir können uns aber vorstellen wie das Klima aussehen würde, wenn sich das Wasser sehr ungünstig verteilen würde. In dem späten Perm und der frühen Trias bildet sich der Superkontinent Pangäa. In ihm waren praktisch alle heutigen Kontinente vereinigt. Als Folge waren die meiste Fläche weit vom Ozean entfernt und es bildet sich im inneren ein heißes Wüstenklima. Die starke Erwärmung der Landmasse führte dazu, dass die warme Luft aufs Meer trieb und nicht umgekehrt, sodass man auch nicht damit rechnen konnte, das viel Wasser durch Regen ins Landesinnere drang. global war es daher vor allem trocken. Die Hauptgesteinsformation die in der Trias gebildet wurde ist daher auch der Buntsandstein - eine bis zu mehrere Hundert Meter dicke Gesteinsschicht aus Sand, der über Jahrmillionen durch Temperatur und Druck zu einem Gestein verbunden wird. Sand gibt es in reichlicher form in der Wüste und das ist auch der Grund für seine Entstehung.
Wie sieht es nun auf dem Mars aus? Nun seit vier
Jahrzehnten läuft eine Debatte wie viel Wasser es gibt. Was relativ gesichert ist, ist die Menge die man sehen kann, d.h. die auf
Aufnahmen der Orbiter erkennbar ist. Viel mehr Wasser wird aber im Untergrund in Permafrost vermutet. Doch dieses ist auch mit
Radargeräten nicht direkt nachweisbar. Man kann nur wasserführende Gesteinsschichten feststellen aber nicht wie viel Wasser sie
enthalten.
Bisher versuchte man sich der Frage, wie viel Wasser der Mars als Relikt aus der Vergangenheit enthalten müsste, über indirekte Methoden zu nähern. So kann man annehmen, dass der Mars wie die Erde das Wasser durch das Bombardement mit kleineren Körpern in den ersten Millionen Jahren nach der Bildung erhielt. Berücksichtigt man seine Größe und Position, so sollte dies (je nach Schätzung) für einen globalen Ozean mit 600 bis 2700 m Tiefe ergeben (der höhere Wert entspricht der Erde, die niedrigen sind Schätzungen aufgrund der größeren Sonnenentfernung und der kleineren Größe = kleinere Anziehungskraft).
Eine weitere Methode ist es, sich die Geologie anzusehen und abzuschätzen wie viel Wasser man braucht um bestimmte Strukturen zu bilden. Am stärksten sieht man Wasserspuren rund um das Chryse Becken. (Bild links). Um diese zu verursachen müsste eine Wasserschicht oder ein Gletscher von 500 m Dicke nötig sein. Die sehr alten Einschlagskrater aus der nochstachischen Ära sind überall auf dem Mars stark erodiert, mit Sedimenten aufgefüllt. Dazu gibt es Kanäle, die wir ausgetrocknete Flussbette aussehen, aber auch Krater umflossen haben, und dabei diese typischen tropfenförmigen Inseln bildeten. Wir kennen auch andere Phänomene die mehr auf die Tätigkeit von Gletschern passen, aber auch chaotisches Terrain, so starke Zerstörungen der Oberfläche vorherrschen die man damit erklären kann, dass Permafrostboden auftaute und der Boden einbrach.
Es gab allerdings auch Versuche diese Phänomene anders zu erklären, so mit flüssigem Kohlendioxid, das im Untergrund bei höherem Druck stabil ist oder Methan-Clathraten. Aber da fehlt dann der Nachweis dieser hohen Gaskonzentration. Nach Untersuchungen des Omega-Instruments von Mars Express findet man auf dem Mars Phyllosilikate, eine Gruppe von Gesteinen, die Bestandteil des Tons sind, einem typischen Abbauprodukt von Gestein durch Wassererosion. Phoenix konnte Wasser unter der Oberfläche nachweisen. Daher ist man sich heute relativ sicher, dass der Großteil der Veränderungen die von einem flüssigen Medium gebildet wurden durch Wasser verursacht wurden.
Nach den Untersuchungen von Marsmeteoriten geht man umgekehrt davon aus, dass nur die Hälfte des Wassers aus dem Mantel freigesetzt wurde, da keine ausgeprägte Tektonik vorherrscht.
Fasst man alle Daten zusammen so scheint die
Gesamtmenge an Wasser die der Planet gebunden oder frei hat in der Größenordnung von 1000 m bei globaler Abdeckung zu liegen - dies
ist der Wert nach de Entstehung. Doch wie viel ist davon heute noch übrig bzw. zugänglich?
Während man die Spuren flüssigen Wassers in der frühesten Marsperiode, der noachischen Periode (4,1 bis 3,8 Milliarden Jahre vor heute) deutlich sieht, fehlen sie in der folgenden der hesperianischen Periode. Wenn es dort Überflutungen gibt, so sind es eher lokal begrenzte Überschwemmungsereignisse. Nach dem heutigen Verständnis ist seit der hesperianischen Periode das Wasser als Eis gebunden. Vorher konnte es auch in flüssiger Form existieren. Wenn es nun regional auftaut, entweder durch Klimaveränderungen, tektonische Tätigkeit (Magma) oder einen Asteroideneinschlag, so gibt es entweder eine Schlamm- oder eine Wasserflut, die jedoch bald aufhört, da bei dem niedrigen Atmosphärendruck sich flüssiges Wasser bald sich auftrennt in Wasserdampf und neues Eis. Untersuchungen von Maes Express zeigten, dass es auf der Nordhalbkugel einen See gab der mehrmals über einen Zeitraum von vielen Millionen Jahren existierte, aber niemals länger als 5000 Jahre am Stück. Er füllte sich mit Wasser und es verdampfte wieder und wurde zu Permafrost. Das es überhaupt so lange dauert bis es erneut ausfriert ,liegt darin, dass das Wasser Kohlendioxid als Clathrat einschließt und dieses dann drei wird. Nach Modellrechnen dauert es 1000 bis 100.000 Jahre nach Größe des Ereignisses bis der Planet wieder seine alte Atmosphäre hat. Während dieser Zeit kann das Wasser in flüssiger Form existieren.
Was klar ist, ist was es in sichtbarer Form an Wasser gibt. In der Atmosphäre ist Wasserdampf vorhanden. Ausgeschieden ist es nur ein 10 µm dicker Film. In den Polarkappen und Gletschern findet man genügend Wasser um den Planeten mit einer 29,6 m dicken Schicht zu überziehen. 11 m macht die größere der beiden Polkappen aus, der Rest findet sich in Permafrostboden. und der zweiten Polkappe. Dass es Permafrostboden gibt zeigen Einschlagskrater die ihn aufreißen, wie dieser Krater Yuty, bei 24N, 32 W der knapp 20 km groß ist. Doch über die Abschätzungen was darüber hinausgeht gibt es große Differenzen. Einige Vertreter meinen, dass im "Megaregolith", einem porösen Gestein das bis zu 20% seines Volumens an Wasser aufnehmen kann, genügend Wasser für eine 540 m große globale Wasserschicht vorhanden ist. Mit etwa 400 bis 500 m Gesamtwassermenge wird auch das Restvorkommen bei optimistischen Schätzungen beziffert,. Doch dieses ist nur zum Teil freisetzbar, denn der größte Teil ist dann Kilometertief unter der Oberfläche. Der Megaregloith soll sich 2,5 bis 4 km unter der Oberfläche erstrecken. Optimistische Schätzer prognostizieren diese große Menge aufgrund der Überschwemmungsspuren und dieses Wasser muss irgendwo hin verschwunden sein. Die zweite Gruppe geht von kleineren Mengen aus. Für die Spuren so argumentieren sie muss nicht immer so viel Wasser vorhanden sein. Es reicht wenn es regional vorhanden ist um die Spuren zu verursachen. Dann kann es wieder ausfrieren. Da wir auch zahlreiche Gesteinsformationen ohne Megaregolith haben, ist mit Sicherheit 500 m die Obergrenze. Radaraufnahmen von MARSIS an Bord von Mars Express zeigen nahe der Nordrolregion wo man viel Wasser im Gestein vermutet nur einige Hundert Meter dicke Gesteinsschichten, die wasserhaltig sind.
Die meisten Autoren setzen die Menge die der Mars heute noch
in oberflächennahen Schichten hat, deutlich kleiner an, 100-150 m werden oft genannt. Das zu den früheren Überflutungen fehlende
Wasser könnte zu einem großen Teil in dem oxidierten Oberflächengestein stecken. Die rote Farbe stammt von Rost, das bedeutet das
ursprünglich metallische Eisen wurde oxidiert. Selbst wenn es 500 m sind, so ist nur das Wasser in oberflächennahen Schichten,
zugänglich. Ich gehe im folgenden von der Annahme aus, dass eine Marskolonie 100-150 m Wasser (als globale Schicht) freisetzen kann.
Wie auf der Erde würde beim Mars das Wasser, wenn es durch Klimaerwärmung oder künstliches Auftauen freigesetzt wird, sich in den tiefer gelegenen Gebieten sammeln. Rechts ist eine topographische Karte, basierend auf den MOLA Messungen von Mars Global Surveyor wiedergegeben. Blau sind tiefer gelegene Gebiete, rot die höchsten Spitzen. Die beiden tiefsten Gebiete sind das Agryre Becken (links) und das Hellasbecken (rechts) auf der Südhalbkugel.
Aber auch auf der Nordhalbkugel gibt es tiefer gelegene Gebiete. Anders als auf der Erde gibt es keine Verbindungen zwischen allen tiefer gelegenen Gebieten. Auf der Nordhalbkugel gibt es je zwei tiefer gelegene Ebenen und in der Südhalbkugel je zwei eng begrenzte Einschlagsbecken. Sie sind also mehr mit großen Binnenseen vergleichbar.
Wenn wir davon ausgehen, das eine zukünftige Marskolonie es nicht schaffen wird den Mars global so warm zu bekommen wie die Erde (siehe Artikel über die Atmosphäre), so wäre sie daran interessiert, Wasser möglichst an der Äquatorregion zu haben, da man hier wie auf der Erde die höchsten Temperaturen zu erwarten sind. Bei den nördlichen Gebieten sind dies Tiefebenen verbunden. Das Wasser würde sich im Westen im tiefsten Gebiet, dem Amazonisbecken sammeln, dass bei 196 Ost, 24 Grad Nord zentriert ist. Es hat einen Durchmesser von 900 x 1300 km im tiefsten Gebiet, das über -3500 m tief geht. Noch etwas tiefer und südlicher gelegen ist die Isidisebene vie 13 N, 87 West. Mit 1200 km Durchmesser könnte man einen kleinen Binnensee unterbringen. Es sammelt das Wasser aus dem östlichen Teil der Nordhalbkugel. Die tiefe von Isidis geht bis zu -3900 und -3600 m. Die südlich gelegenen Einschlagsbecken liegen schon in mittleren Breiten, sind aber noch tiefer.
Egal wie man es aber dreht und
wendet - 100 m globale Wassersäule sind recht wenig. Für ein Klima wie bei uns wird es nicht reichen, da selbst im optimistischen Fall
die "Meer" nur rund 1000 km groß wären. Es wäre also eher ein Wüstenklima wie in der Trias. Eine Zivilisation wird daher sich um
natürliche Wasserreservoirs wie Einschlagskrater und Becken ansiedeln und ausgehend von diesen die Umgebung bewässern. Ideal wäre z.B.
das Valles marineris, da es tief ist, sich über 4000 km erstreckt und so eine lange Küste hat. Da sich ohne zutun des Menschen über
geologische Zeiträume das Wasser an wenigen Orten sammeln würde, darunter auch zu weit polwärts gelegenen wie dem Hellasbecken, wird
es nötig sein das Wasser zu transportieren wo man es benötigt, z.B.in kleinere Krater die dann als lokale Depots dienen.
Wir wissen seit Viking, dass die Marsoberfläche chemisch sehr reaktiv ist. Phoenix konnte Perchlorate als starke Oxidationsmittel nachweisen. Diese sind wasserlöslich, aber nicht stabil, Trotzdem wird man wohl sehr lange erst jedes Wasser von ihnen befreien müssen, zumal sie bei jedem Regenfall erneut aus dem Boden ausgewaschen werden. Offen ist, wie viel Salz der Mars enthält. Wenn wir Parallelen zur Erde ziehen so wird im Marseis viel Salz gebunden sein, weiteres könnte aus der Oberfläche ausgewaschen werden wenn wir das Wasser freisetzen. Bei der geringen Wassermenge (100 m beim Mars, gegenüber 2700 m bei der Erde, bei globaler Abdeckung) würden schon wesentlich geringere Natriummengen als auf der Erde ausreichen, um ein sehr salzhaltiges Wasser zu erhalten. Für die landwirtschaftliche Nutzung müsste man es aufwendig per Umkehrosmose vom Salz befreien. Das gleiche gilt erst recht für Trinkwasser. Auch Niederschlagswasser wäre nicht trinkbar, denn es würde Salz und Perchlorate aus der Oberfläche lösen und das über Jahrmillionen. (Die Meere waren bei uns nicht immer so salzig wie heute, das meiste Salz steckt heute in Lagerstätten, im Archaikum waren die Meere wohl fünfmal salzhaltiger als heute und das dürfte auch beim Mars so sein).
Es ist daher nicht damit zu rechnen, dass wir das Wasser unaufbereitet trinken können, das gleiche gilt für die Landwirtschaft die noch viel mehr Wasser benötigt. Für die Entfernung von Salz benötigt man viel Energie. Je nach Salzgehalt auf der Erde zwischen 2 und 4 kWh pro Kubikmeter Wasser. Da es aber auch unwahrscheinlich ist, dass wir jemals den Mars so warm bekommen, dass Menschen dort ohne Schutz leben können, wäre dies kein Problem, denn für die Erhaltung der Atmosphäre bräuchte mal viel mehr Energie, wenn man dieses Szenario wirklich durchdenkt. Eine kleine Kolonie in einem abgeschlossenen Ressort, könnte das Wasser aus den Polkappen beziehen. Diese entstanden durch Niederschläge und trägt man eine Oberflächenschicht ab, die durch Sande verunreinigt ist, so dürften die tieferen Schichten Wasser mit nur wenig Salz (hereingetragen durch Flugsand) enthalten. Dieses kann als Eisblock zur Kolonie befördert und dort aufgetaut werden, da es beim Mars heute niemals so warm wird, dass Wasser in flüssiger Form existieren kann. Die Sublimationsverluste sind bei großen Blöcken klein, viel weniger als bei den Plänen auf der Erde Eisberge zur Bewässerung in Wüstengeboete zu ziehen. Allerdings gibt es keinen Schiffsweg und das Gelände ist sehr unwegsam.
Für eine Marsbesiedelung in Form einer zweiten Erde, wird es aber zu wenig sein und in großen Teilen des Planeten wird ein Wüstenklima herrschen. Eher werden die Menschen wenn sie wirklich jemals eine für Menschen atembare Atmosphäre hinbekommen dann wie Wüstenbewohner rund um kleine Wasseroasen oder Binnenseen leben und mit Rohrleitungsnetzen das Wasser von den tiefer gelegenen Einschlagsbecken dorthin leiten. Wenn es so viel Megaregolith gibt wie prognostiziert wird, so könnte er nicht nur eine Quelle sondern auch eine Senke für Wasser sein, denn wie ein schwamm würde er das Wasser das durch Regen fällt aufsaugen und so könnte im ungünstigsten Falle gar kein Wasser mehr an der Oberfläche verbleiben, weil nach dem Abschmelzen der Polkappen auch dieses Wasser vom Megaregolith aufgesaugt wird.
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