Aller Kohlenstoff entstand einst im Kosmos. Doch dürften die Entstehungsprozesse dort andere sein als jene auf der Erde. Dies gilt zumindest für den Mars, wo der Nasa-Rover "Curiosity" nun neue Ergebnisse hervorbrachte. Forscher liefern im Fachblatt "Pnas" drei Erklärungen für den möglichen Ursprung des Kohlenstoffs. Alle drei unterscheiden sich ihnen zufolge von den auf der Erde üblichen Prozessen.

Kohlenstoff hat zwei stabile Isotope - nämlich 12 und 13. Indem sie die Mengen der beiden Isotope in einer Substanz untersuchen, können die Wissenschafter Einzelheiten über dessen Kreislauf feststellen. Selbst wenn dieser schon vor sehr langer Zeit stattgefunden hat.

"Die Mengen an Kohlenstoff 12 und 13 entsprechen in unserem Sonnensystem jenen Mengen, die bei der Entstehung des Sonnensystems vorhanden waren", erklärt Christopher H. House von der Penn State University. Beide kommen in allem vor, aber da Kohlenstoff 12 schneller reagiert als Kohlenstoff 13, kann die Untersuchung der relativen Mengen in den Proben Aufschluss über den Kreislauf geben.

Neun Jahre am Mars

Seit neun Jahren hat "Curiosity" seine Zeit damit verbracht, ein Gebiet des Gale-Kraters zu erforschen, in dem alte Gesteinsschichten freigelegt wurden. Einige Kohlenstoffproben waren außergewöhnlich arm an Kohlenstoff 13, während andere Proben angereichert waren.

"Die verarmten Proben ähneln ein wenig jenen aus Australien, die aus 2,7 Milliarden altem Sediment stammen", so House. Diese wurden durch biologische Aktivität verursacht, als Methan von uralten mikrobiellen Vorkommen verbraucht wurde. Dies sei für den Mars allerdings unwahrscheinlich, da er aus anderen Materialien und Prozessen entstanden sei. Als Erklärung für die außergewöhnlich verarmten Proben schlagen die Forscher drei Möglichkeiten vor: eine kosmische Staubwolke, ultraviolette Strahlung, die Kohlendioxid abbaut, oder ultravioletter Abbau von biologisch erzeugtem Methan.

Um eine Schicht zu erzeugen, von der "Curiosity" Proben nehmen konnte, hätte die galaktische Staubwolke zunächst die Temperatur auf einem Mars senken müssen, der noch Wasser enthielt und Gletscher hervorbrachte. Der Staub hätte sich auf dem Eis abgelagert und müsste nach dem Abschmelzen des Gletschers an Ort und Stelle verbleiben und eine Schmutzschicht hinterlassen, die den Kohlenstoff enthält. Bislang gibt es nur wenige Hinweise auf frühere Gletscher im Gale-Krater. Den Forschern zufolge ist diese Erklärung zwar plausibel, erfordere aber weitere Untersuchungen. Die zweite mögliche Erklärung ist die ultraviolette Umwandlung von Kohlendioxid in organische Verbindungen wie Formaldehyd. Es gäbe Arbeiten, die vorhersagen, dass UV-Strahlung diese Art von Fraktionierung verursachen könnte, so House. Um diese Erklärung ausschließen bzw. bestätigen zu können, brauche es jedoch noch mehr experimentelle Ergebnisse.

Geologisches Werkzeug

Die dritte mögliche Methode zur Herstellung von Kohlenstoff 13 verarmten Proben hat eine biologische Grundlage. Auf der Erde würde eine stark verarmte Signatur darauf hindeuten, dass Mikroben in der Vergangenheit mikrobiell erzeugtes Methan konsumiert haben. Auf dem antiken Mars könnte es große Methanfahnen gegeben haben, die aus dem Untergrund freigesetzt wurden, wo die Methanproduktion energetisch günstig gewesen wäre. Das freigesetzte Methan wurde dann entweder von Mikroben an der Oberfläche verbraucht oder reagierte mit ultraviolettem Licht und wurde direkt an der Oberfläche abgelagert.

Den Forschern zufolge gibt es jedoch derzeit keine Beweise für Oberflächenmikroben am Mars, sodass die in der Studie vorgestellte biologische Erklärung auf ultraviolettes Licht setzt.

"Alle drei Möglichkeiten deuten auf einen ungewöhnlichen Kohlenstoffkreislauf hin, wie es ihn heute auf der Erde nicht mehr gibt", erklärt House. Für die richtige Erklärung braucht es weitere Daten. "Es wäre schön, wenn der Rover eine große Methanfahne aufspüren und die Kohlenstoffisotope daraus messen könnte." Jedenfalls wurde mit der Untersuchung ein lang gehegtes Ziel der Marsforschung erreicht: "Die Messung verschiedener Kohlenstoffisotope - eines der wichtigsten geologischen Werkzeuge - aus Sedimenten auf einer anderen bewohnbaren Welt."