Astronomie: Die einstige aktive Vulkanwelt des Mondes
Der Mond soll vor etwa 4,5 Milliarden Jahre entstanden sein, vermutlich durch eine Kollision mit der damaligen Urerde und dem Protoplaneten Theia . Während seiner Entstehungsphase wurde er von etlichen Asteroiden immer wieder bombardiert, in die neu entstandenen Krater floß immer wieder Lava nach.
Direkt unter der Mondoberfläche liegen Beweise für eine Abfolge von Lavaströmen. Sie weisen auf eine chaotische Vergangenheit unterhalb der Oberfläche des Mondes hin, allerdings verrieten bisherige Untersuchungen wenig über die Entstehungsgeschichte unseres Begleiters.
Die ersten Untersuchungen von Chang'e 4
Mit der chinesischen Mondmission Chang'e 4 konnten Wissenschaftler und Forscherinnen bereits einige neue Erkenntnisse über den Mond gewinnen. Die frühen Studien(öffnet im neuen Fenster) zu den Daten von Chang'e 4 mussten jedoch mit wenigen gesammelten Informationen auskommen - weswegen sich ein Forschungsteam die Daten der letzten Jahre noch einmal genauer angesehen hat.
Doch zunächst zu den bisherigen Erkenntnissen: Die Mission war am 3. Januar 2019 erfolgreich im Von-Kármán-Krater am Mondsüdpol gelandet und hatte den Rover Yutu-2 (chin.: Jadehase 2) an Bord. Mit dessen Radar konnten die Forschungsteams der chinesischen Raumfahrtbehörde CNSA bis zu 40 m tief unter die Mondoberfläche blicken.
Die oberste Schicht besteht aus Regolith - feinem Mondsand und -staub, der sich sogar durch die Raumanzüge der Apollo-Astronauten gefressen hat - und ist 12 m dick. Die zweite dicke Staubschicht besteht aus einer 24 m tiefen Mischschicht aus gröberem Material, in dem Gesteinsbrocken eingebettet sind. Die dritte und dickste Schicht befindet sich im Tiefenbereich zwischen 24 und 40 m und ist aus mehreren Schichten aufgebaut, die abwechselnd aus groben und feinen Materialien bestehen.
Chang'e 4 blickt tiefer ins Mondinnere
Die Chang'e-4-Mission läuft mittlerweile seit viereinhalb Jahren und konnte in der Zwischenzeit weitere wissenschaftliche Daten sammeln, die nun von einem internationalen Forschungsteam analysiert wurden.
Sie basieren auf den Informationen des bodendurchdringenden Radars, das den Boden mit niedrigeren Frequenzen durchleuchtet. Es sendet pulsierende Signale in den Monduntergrund, während sich der Rover fortbewegt. Wenn diese Radarsignale auf einen deutlichen Kontrast zwischen zwei unterirdischen Materialien mit unterschiedlichen Eigenschaften treffen, werden sie zurück an die Oberfläche reflektiert, wo Yutu-2 wartet.
Innerhalb der ersten 40 m konnte das Team nichts Außergewöhnliches feststellen. Unterhalb von 90 m wurde es jedoch interessanter. "Durch diese Untersuchung haben wir mehrere Schichten in den oberen 300 m entdeckt, die wahrscheinlich auf eine Reihe von Basaltausbrüchen hinweisen, die vor Milliarden von Jahren stattfanden" , heißt es in der kürzlich veröffentlichten Studie(öffnet im neuen Fenster) . Das wiederum sei ein Beleg für die lange Vulkan-Geschichte des Mondes.
Eine vom Mond bislang nicht bekannte Art von Vulkanismus
Das Forschungsteam entdeckte diverse Schichten aus gehärteter Lava. Vor allem in den tiefen Regionen wurden dickere Schichten gefunden. Zur Oberfläche hin wurden diese jedoch dünner: Die dicksten Schichten waren etwa 70 m breit. In den geringeren Tiefen in der Nähe des Landeplatzes dünnten die Lavaströme auf eine Breite von etwa 5 m aus. Das deutet auf eine "allmähliche Erschöpfung der internen thermischen Energie" hin.
Die thermische Energie trieb den Mond-Vulkanismus an und die nach oben hin schmaler werdenden Schichten weisen auf "eine Abnahme des Ausmaßes der Eruptionen im Laufe der Zeit" hin. Das Forschungsteam hat nach eigenen Angaben mindestens drei oder vier große Lavaströme identifiziert. Einige davon liegen recht dicht beieinander und schließen eine dünne Schicht Mondboden zwischen dem gehärteten Gestein ein.
Nach dem Abgleich ihrer Messungen mit den Daten der vorherigen Mondlandefähre Chang'e 3 erklärt das Forschungsteam in seinem Paper, dass diese Schichten repräsentativ für die unterirdischen Merkmale im Von-Kármán-Krater seien. Die Fernerkundungsdaten sagen jedoch nichts über den zeitlichen Ablauf der vulkanischen Ereignisse auf dem Mond aus, sondern nur darüber, dass sie mit der Zeit kleiner zu werden scheinen, bis die thermische Energie des Mondes nachlässt.
Gigantische Vorkommen an abgekühltem Magma
Abseits dieses Forschungsergebnisses ist der Vulkanismus auf dem Mond in letzter Zeit - Achtung Wortwitz - eh ein heißes Thema. Dank des ersten Mondgesteins aus der Apollo-Ära, das vor mehr als vier Jahrzehnten geborgen wurde, weiß die Fachwelt, dass die Lava aus den Vulkanen auf dem Mond eine Milliarde Jahre länger floss als bisher angenommen wurde.
Erst im Juli 2023(öffnet im neuen Fenster) veröffentlichte ein Forschungsteam den Fund eines seltsamen Hotspots auf der Rückseite unseres Trabanten. Es ist ein riesiger Klumpen uralten Granits, der wohl eine Art von Vulkanismus beweist, die auf dem Mond noch nie beobachtet wurde.
Bei der Granitformation handelt es sich vermutlich um Ablagerung von abgekühltem Magma unter einem Vulkan, der zuletzt vor etwa 3,5 Milliarden Jahren ausgebrochen sein soll. Granite sind die magmatischen Gesteinsüberreste der Abflusssysteme unter erloschenen Vulkanen. Wenn die Lava abkühlt, ohne dabei aufzubrechen, wird die zurückgebliebene Granitform als Batholith bezeichnet.
Auf der Erde wäre dieser Fund nichts allzu Ungewöhnliches. "Jeder große Granitkörper, den wir auf der Erde finden, versorgte früher eine ganze Reihe von Vulkanen, so wie heute ein großes System die Cascade-Vulkane im pazifischen Nordwesten versorgt. Batholithen sind viel größer als die Vulkane, die sie an der Oberfläche speisen" , erklärt Matthew Siegler (Erstautor) in einer Pressemitteilung(öffnet im neuen Fenster) .
Gab es früher auf dem Mond etwa gigantische Ozeane?
Die Bildung von Batholithen wird im Allgemeinen durch Wasser und Plattentektonik vorangetrieben. Schiebt sich eine ozeanische Platte unter eine Kontinentalplatte, türmt sich ein Gebirge auf - Magmaströme geraten dabei unter der Erdkruste in Bewegung. Wenn heißes Magma über einen sehr langen Zeitraum unter der Erdkruste erstarrt, entsteht schließlich Granit.
Der Mond ist aber staubtrocken. Zwar gibt es geringe Wasseranteile im Mondstaub oder sie sind in Glasperlen auf dem Mond gebunden ; auch in den im Dauerschatten liegenden Kratern soll es Vorkommen von Wassereis geben. Jedoch gibt es keine feuchten Ozeane auf dem Erdtrabanten. "Wenn es kein Wasser gibt, sind extreme Bedingungen nötig, um Granit zu bilden. Wir haben hier also ein System ohne Wasser und ohne Plattentektonik, aber mit Granit" , erörtert Siegler.
Zudem ist der geschätzte Durchmesser des entdeckten Komplexes etwa 50 km groß - gigantisch dafür, dass Granit auf dem Mond nur extrem selten vorkommt. Die nötigen Prozesse zur Bildung fehlen hier schlichtweg. Neben einer großen Mantelplume (eine für die Konvektion im Erdmantel vorgeschlagene Aufstiegsstruktur), die Magma aus dem Inneren des Mondes einspeist, benötigt es an dieser Stelle beispielsweise eine anomal feuchte Tasche im Inneren des Mondes. Vielleicht gab es zumindest in diesem Bereich in der frühen Mondgeschichte genügend Wasser auf dem Mond.
Eine andere Möglichkeit wäre ein Leck mit Elementen, die genügend radiogenes Material liefern könnten, um ausreichend Wärme für ein beständiges Wiederaufschmelzen zu erzeugen. Obwohl sich ein paar Rätsel um den Mond allmählich lösen, stößt die Fachwelt bei unserem Trabanten immer wieder auf neue Fragen. Ob der Mond eine Vulkanhölle war, wird sich wohl erst in den kommenden Jahren beantworten lassen.
Studien
Die Studie The Moon's farside shallow subsurface structure unveiled by Chang'E-4 Lunar Penetrating Radar(öffnet im neuen Fenster) (Chang'E-4 Lunar Penetrating Radar enthüllt die Struktur des flachen Untergrunds der Mondrückseite) erschien am 26. Februar 2020 im Fachmagazin Science Advances.
Die Studie Layered Structures in the Upper Several Hundred Meters of the Moon Along the Chang'E-4 Rover's First 1,000-m Traverse(öffnet im neuen Fenster) (Schichtstrukturen in den oberen paar hundert Metern des Mondes entlang der ersten 1.000-Meter-Passage des Chang'E-4-Rovers) erschien am 7. August 2023 in der Fachzeitschrift Journal of Geophysical Research: Planets.
Die Studie Remote detection of a lunar granitic batholith at Compton-Belkovich(öffnet im neuen Fenster) (Fernerkundung eines granitischen Mondbatholithen bei Compton-Belkovich) erschien am 5. Juli 2023 im Fachmagazin Nature.