Ein Marsbeben zeigt, dass der Riesencanyon Valles Marineris noch heute aufbricht

Der größte Canyon des Sonnensystems ist keine tote Landschaft. Ein Marsbeben, das der NASA-Lander InSight aufzeichnete, ging von einer Verwerfung aus, die tief unter Valles Marineris abglitt, jenem Canyonsystem, das sich über fast viertausend Kilometer quer über den Mars zieht. Das bedeutet: Verwerfungen, die dort vor Milliarden Jahren aufrissen, können unter den heute auf den Planeten wirkenden Spannungen noch immer brechen.

Das ist bedeutsam, weil der Mars keine beweglichen tektonischen Platten besitzt. Auf der Erde halten Platten, die aneinander vorbeischrammen, alte Verwerfungen lebendig. Die äußere Hülle des Mars verhält sich dagegen wie ein einziger, langsam abkühlender Deckel, und in einer solchen Kruste können Verwerfungen mit der Zeit verheilen und sich verfestigen. Die neue Analyse zeigt, dass mindestens eine tiefe Verwerfung unter dem Canyon nicht zugeheilt ist, etwa zwanzig bis vierzig Kilometer unter der Oberfläche.

Die in Nature Communications veröffentlichte Studie wurde von Jung-Hun Song vom Imperial College London geleitet, gemeinsam mit Doyeon Kim, ebenfalls vom Imperial College, Folarin Kolawole von der Columbia University und weiteren Forschenden. Sie stützt sich auf ein einziges Ereignis mit der Katalogbezeichnung S0976a, das einzige Marsbeben, das InSight je auf der westlichen Hemisphäre des Planeten lokalisieren konnte.

„Valles Marineris ist eine der spektakulärsten geologischen Strukturen im gesamten Sonnensystem, aber bisher wussten wir nicht sicher, dass ihre Verwerfungen noch aktiv sind“, sagt Song. „Wir sehen, dass dies nicht bloß eine ‚tote‘ fossile Landschaft ist, denn Verwerfungen tief unter dem Canyon können noch immer abgleiten und Marsbeben auslösen, lange nachdem die geologischen Prozesse, die sie ursprünglich geformt haben, zum Erliegen gekommen sind.“

Wie ein einziges Seismometer eine Verwerfung auf der anderen Seite des Mars entschlüsselt

Auf der Erde rekonstruieren Seismologen die Bewegung einer Verwerfung, indem sie den ersten Ausschlag vergleichen, den Dutzende Stationen rund um das Beben registrieren. InSight hatte ein einziges Seismometer, und S0976a ereignete sich fast auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten, rund 146 Bogengrad entfernt, also etwa 8.600 Kilometer entlang der Oberfläche. Die direkten Wellen erreichten den Lander nie in verwertbarer Form. Stattdessen kamen PP- und SS-Wellen an, Kompressions- und Scherwellen, die auf halber Strecke einmal an der Marsoberfläche reflektiert worden waren.

Das Team modellierte diese beiden Wellenzüge mit computersimulierten Seismogrammen für mehrere Modelle des Marsinneren und testete jede Kombination aus Ausrichtung der Verwerfung, Bewegungsrichtung und Tiefe bis 50 Kilometer. Um zu prüfen, ob eine einzelne Station das leisten kann, wandte es dieselbe Methode auf ein Erdbeben der Magnitude 6,5 in Nevada an, das ein einzelnes Seismometer in Australien in fast derselben Entfernung aufgezeichnet hatte. Die Methode ermittelte die richtige Verwerfung.

Für S0976a lautete die Antwort: ein Blattverschiebungsbruch, bei dem zwei Krustenblöcke entlang einer steilen Verwerfung horizontal aneinander vorbeigleiten, wie an der kalifornischen San-Andreas-Verwerfung. Von allen Lösungen, die die Wellen hinreichend gut erklären, gehören 82,2 % zu dieser Familie. Der Bruch lag in etwa 20 bis 40 Kilometern Tiefe, in der mittleren bis unteren Kruste, oberhalb der Krustenbasis in 55 bis 65 Kilometern Tiefe. Kombiniert man die Wellenanpassung mit Karten bekannter Verwerfungen und der Richtung, aus der die hochfrequenten Wellen kamen, liegt die Quelle nahe Ius Chasma im westlichen Teil des Canyons.

Weder Erdrutsch noch Meteorit

Ein seismisches Signal auf dem Mars bedeutet nicht automatisch eine Verwerfung. Auch Meteoriteneinschläge und Erdrutsche lassen den Planeten beben, und Valles Marineris ist von gewaltigen Rutschungsablagerungen gesäumt. Das Team prüfte diese Quellen direkt. Weder einschlagsähnliche Explosionen noch kraftbasierte Erdrutschmodelle konnten die Polaritäten, die Ankunftszeiten oder die relative Stärke der Wellen reproduzieren, und sie konnten auch die starken horizontalen Erschütterungen in den Daten nicht erzeugen. Bestätigte Einschläge auf dem Mars erzeugen zudem eher hochfrequente Signale, während S0976a ein niederfrequentes Ereignis war.

Anschließend durchsuchten die Forschenden alle Aufnahmen der Herdregion, die die Context Camera an Bord des NASA-Orbiters Mars Reconnaissance Orbiter nach dem Beben gemacht hatte. Ein Erdrutsch, der groß genug für ein solches Signal wäre, hätte mindestens 10 Millionen Kubikmeter Gestein bewegen und eine frische Ablagerung von mehreren hundert Metern bis zu einem Kilometer Breite hinterlassen müssen. Es gab keine, und auch keinen frischen Krater. Das einzige spätere ferne Ereignis in InSights Katalog, S1000a, entpuppte sich dagegen als Meteoroideneinschlag, dessen neuer Krater aus dem Orbit entdeckt wurde.

„Überzeugend wird das Ergebnis dadurch, dass mehrere völlig unterschiedliche Arten von Belegen in dieselbe Richtung weisen“, sagt Song. „Die seismischen Wellen zeigen uns eine seitliche Gleitbewegung an einer Verwerfung weit unter der Oberfläche, während die aus dem Orbit beobachtete Geologie eine Region zeigt, die von langlebigen Verwerfungssystemen durchzogen ist.“

Ein Canyon, neunmal so lang wie der Grand Canyon

Valles Marineris erstreckt sich nach Angaben des Imperial College über fast 3.900 Kilometer, ist bis zu 600 Kilometer breit und mehr als neun Kilometer tief. Damit ist das System fast neunmal so lang, mehr als 20-mal so breit und etwa fünfmal so tief wie der Grand Canyon, jeweils an der größten Ausdehnung gemessen. Es entstand zusammen mit Tharsis, der riesigen vulkanischen Aufwölbung, auf der Olympus Mons liegt, und Geologen streiten seit Langem darüber, ob es sich als Grabenbruch öffnete, unter seinem eigenen Gewicht einstürzte oder schräg aufgerissen wurde.

Das Marsbeben liefert einen Beitrag zu dieser Debatte. Das Spannungsmuster, das es abbildet, passt nicht zu Modellen, in denen der Canyon durch den gravitativen Kollaps verdickter Kruste entstand. Es passt zu einem schräg aufgerissenen Canyon, mit seitlicher Scherung zusätzlich zur Dehnung. Die Richtung der maximalen Kompression des Bebens, etwa West-Nordwest, stimmt zudem mit der Kompression überein, die für die frühe Verformung des Canyons im Hesperium abgeleitet wurde, einer frühen Periode der Marsgeschichte. Dieselbe Spannungsrichtung scheint Milliarden Jahre später noch immer auf dasselbe Verwerfungsgefüge zu wirken.

Das Autorenteam nennt drei heutige Kräfte, die diese Verwerfungen belasten könnten: die langsame Kontraktion eines abkühlenden Planeten, das Gewicht der Tharsis-Aufwölbung und die Entlastung durch die Erosion, die den Canyon aushöhlt. Mit S0976a hat InSight nun drei verschiedene Arten aktiver Verwerfungen auf dem Mars nachgewiesen: Auseinanderziehen unter den Spalten von Cerberus Fossae, Zusammenpressen nahe der Krustengrenze im südlichen Elysium Planitia, wo das stärkste Marsbeben der Mission, S1222a, auftrat, und seitliches Gleiten unter Valles Marineris.

„Es zeigt, dass auf einem Planeten ohne Plattentektonik Strukturen, die vor Milliarden Jahren entstanden sind, wichtig bleiben und noch heute steuern können, wo die Kruste bricht“, sagt Kolawole.

Was die Studie nicht klärt

Alles beruht auf einem einzigen Marsbeben, aufgezeichnet von einem einzigen Instrument. Mit nur einer Station findet die Methode zwei mögliche, rechtwinklig zueinander stehende Verwerfungsebenen und kann nicht sagen, welche tatsächlich abgeglitten ist, und die geschätzten Ausrichtungen decken sich nicht mit einem einzelnen dominierenden Verwerfungssystem, das an der Oberfläche kartiert wurde. Die Lokalisierung stützt sich zudem teilweise auf die Dichte kartierter Verwerfungen, die das Autorenteam als groben Anhaltspunkt dafür bezeichnet, wo tiefes Gleiten stattfindet, nicht als direkte Messung.

Nachbeben wurden keine registriert. Das Team hält das für erwartbar: In seinen Simulationen lag die Wahrscheinlichkeit, dass InSight aus dieser Entfernung innerhalb von 50 Marstagen (Sols) auch nur ein nennenswertes Nachbeben erfasst, bei nur 0,1 %, weil Kern und tiefes Inneres des Planeten Wellen von der Gegenseite blockieren und abschwächen. Die Stille spricht nicht gegen das Ergebnis, sie liefert aber auch kein zweites Ereignis, das es bestätigen könnte.

Die Studie kann nicht sagen, wie oft der Canyon bricht oder wie stark seine Beben werden können. S0976a war ein mittelstarkes Ereignis, vereinbar mit begrenztem Gleiten auf einem kleinen Abschnitt einer bestehenden Verwerfung, nicht mit einem neuen Bruch. Das Autorenteam kann zudem nicht trennen, wie viel der heutigen Spannung aus der Verbiegung der Kruste unter Tharsis stammt und wie viel aus tieferer Abstützung, und es merkt an, dass die geringe Zahl gut lokalisierter Marsbeben ebenso sehr InSights kurze Messreihe mit nur einer Station widerspiegeln könnte wie einen ruhigen Planeten.

Häufige Fragen zum Marsbeben unter Valles Marineris

Ist der Mars noch tektonisch aktiv?

Ja, zumindest stellenweise. InSight zeichnete während seiner Mission Marsbeben auf, und Analysen einzelner Ereignisse zeigen aktive Verwerfungen unter den Spalten von Cerberus Fossae, im südlichen Elysium Planitia und nun unter Valles Marineris. Der Mars hat keine beweglichen Platten, daher entsteht die Aktivität durch Spannungen innerhalb einer einzigen starren Hülle.

Wie groß ist Valles Marineris im Vergleich zum Grand Canyon?

Das Canyonsystem ist fast 3.900 Kilometer lang, bis zu 600 Kilometer breit und mehr als neun Kilometer tief. Damit ist es fast neunmal so lang, mehr als 20-mal so breit und etwa fünfmal so tief wie der Grand Canyon.

Was hat das Marsbeben unter Valles Marineris ausgelöst?

Laut der Studie ein Blattverschiebungsbruch an einer alten Verwerfung 20 bis 40 Kilometer unter dem westlichen Canyon, wo Krustenblöcke horizontal aneinander vorbeiglitten. Meteoriteneinschläge und Erdrutsche wurden ausgeschlossen, weil sie die aufgezeichneten Wellen nicht reproduzieren konnten und auf Orbitalbildern weder ein frischer Krater noch eine Rutschung zu sehen war.

Gibt es auf dem Mars Plattentektonik?

Nein. Seine äußere Hülle wirkt wie ein einziger, unbeweglicher Deckel, der seit Milliarden Jahren abkühlt und schrumpft. Diese Studie zeigt, dass Verwerfungen in diesem Deckel unter den heutigen Spannungen dennoch abgleiten können.

InSight zeichnete S0976a am 25. August 2021 auf, an seinem 976. Marstag auf der Oberfläche; die Mission endete im Dezember 2022. Die Facharbeit erschien am 15. Oktober 2026. Da heute kein Seismometer mehr auf dem Mars in Betrieb ist, bildet der vorhandene InSight-Katalog die einzige seismische Aufzeichnung des Planeten, und das Team sagt, dieses Ergebnis zeige, wie viel Information in diesen Aufzeichnungen noch steckt.

Dasselbe Beben wurde bereits einmal ausgewertet: Seine Wellen durchliefen den Marskern und halfen, die tiefste Schicht des Planeten zu kartieren. „Aus einem einzigen Marsbeben können wir sowohl etwas über das Zentrum des Planeten lernen als auch über eine aktive Verwerfung unter einer seiner bemerkenswertesten Landschaften“, sagt Kim, verantwortlich für die wissenschaftliche Leitung der Studie.

Referenz: Song et al., „Active crustal straining and fault reactivation at Valles Marineris,“ Nature Communications, 2026. DOI: 10.1038/s41467-026-78193-6

Schlagwörter: Astronomie, nasa, Mars, InSight, Marsbeben, Planetengeologie