Letztes Jahr haben Wissenschaftler die seismischen Daten, die durch Experimente aus der Apollo-Ära gesammelt wurden, erneut untersucht und festgestellt, dass der untere Mondmantel, der Teil nahe der Kern-Mantel-Grenze, teilweise geschmolzen ist (z. B. Apollo-Daten, die umgerüstet wurden, um genaue Messwerte für den Mond zu liefern Core, Space Magazine, 6. Januar 2011). Ihre Ergebnisse legen nahe, dass die untersten 150 km des Mantels 5 bis 30% flüssige Schmelze enthalten. Auf der Erde wäre dies genug Schmelze, um sich vom Feststoff zu trennen, sich zu erheben und an der Oberfläche auszubrechen. Wir wissen, dass der Mond in der Vergangenheit Vulkanismus hatte. Warum bricht diese Mondschmelze heute nicht an der Oberfläche aus? Neue experimentelle Studien an simulierten Mondproben könnten die Antworten liefern.
Es wird vermutet, dass die gegenwärtigen Mondmagmen im Vergleich zu ihren umgebenden Gesteinen zu dicht sind, um an die Oberfläche zu steigen. Genau wie Öl auf Wasser sind weniger dichte Magmen schwimmfähig und versickern über dem festen Gestein. Aber wenn das Magma zu dicht ist, bleibt es dort, wo es ist, oder sinkt sogar.
Motiviert durch diese Möglichkeit hat ein internationales Wissenschaftlerteam unter der Leitung von Mirjam van Kan Parker von der VU-Universität Amsterdam den Charakter von Mondmagmen untersucht. Ihre Ergebnisse, die kürzlich im Journal Nature Geoscience veröffentlicht wurden, zeigen, dass Mondmagmen eine Reihe von Dichten aufweisen, die von ihrer Zusammensetzung abhängen.
Frau van Kan Parker und ihr Team drückten und erhitzten geschmolzene Magmaproben und verwendeten dann Röntgenabsorptionstechniken, um die Materialdichte in einem Bereich von Drücken und Temperaturen zu bestimmen. Ihre Studien verwendeten simulierte Mondmaterialien, da Mondproben für eine solche zerstörerische Analyse als zu wertvoll angesehen werden. Ihre Simulanzien modellierten die Zusammensetzung von grünen Apollo 15-Vulkangläsern (mit einem Titangehalt von 0,23 Gew .-%) und schwarzen Apollo 14-Vulkangläsern (mit einem Titangehalt von 16,4 Gew .-%).
Proben dieser Simulanzien wurden Drücken bis zu 1,7 GPa ausgesetzt (der atmosphärische Druck an der Erdoberfläche beträgt 101 kPa oder 20.000-mal weniger als in diesen Experimenten erreicht). Die Drücke im Mondinneren sind jedoch noch höher und überschreiten 4,5 GPa. Daher wurden Computerberechnungen durchgeführt, um aus den experimentellen Ergebnissen zu extrapolieren.
Die kombinierte Arbeit zeigt, dass Magmen mit niedrigem Titangehalt (Apollo 15-Grüngläser) bei den Temperaturen und Drücken, die typischerweise im unteren Mondmantel zu finden sind, Dichten aufweisen, die geringer sind als die des umgebenden festen Materials. Dies bedeutet, dass sie schwimmfähig sind, an die Oberfläche steigen und ausbrechen sollten. Andererseits wurde festgestellt, dass Magmen mit hohem Titangehalt (Apollo 14-Schwarzgläser) Dichten aufweisen, die etwa gleich oder größer als das umgebende feste Material sind. Es ist nicht zu erwarten, dass diese steigen und ausbrechen.
Da der Mond keine aktive vulkanische Aktivität aufweist, muss die derzeit am Boden des Mondmantels befindliche Schmelze eine hohe Dichte aufweisen. Die Ergebnisse von Frau van Kan Parker legen nahe, dass diese Schmelze aus Magmen mit hohem Titangehalt bestehen sollte, wie sie die schwarzen Apollo 14-Gläser bildeten.
Dieser Befund ist signifikant, da angenommen wird, dass sich aus titanreichen Quellgesteinen Magmen mit hohem Titangehalt gebildet haben. Diese Gesteine stellen den Bodensatz dar, der am Boden der Mondkruste zurückblieb, nachdem alle schwimmfähigen Plagioklasmineralien (aus denen die Kruste besteht) in einem globalen Magma-Ozean nach oben gedrückt worden waren. Da diese titanreichen Gesteine dicht sind, wären sie bei einem Umsturz schnell an die Kern-Mantel-Grenze gesunken. Ein solcher Umsturz war sogar vor über 15 Jahren postuliert worden. Diese aufregenden neuen Ergebnisse bieten nun experimentelle Unterstützung für dieses Modell.
Es wird auch erwartet, dass diese dichten, titanreichen Gesteine viele radioaktive Elemente enthalten, die zurückbleiben, wenn andere Elemente bevorzugt von Mineralkristallen aufgenommen werden. Die resultierende radiogene Wärme aus dem Zerfall dieser Elemente könnte erklären, warum Teile des unteren Mondmantels noch heiß genug sind, um geschmolzen zu werden. Frau van Kan Parker und ihr Team spekulieren weiter, dass diese radiogene Hitze auch dazu beitragen könnte, dass der Mondkern auch heute noch teilweise geschmolzen bleibt!
Quellen:
Röntgenstrahlen beleuchten das Innere des Mondes, Science Daily, 19. Februar 2012.
Neutraler Auftrieb von titanreichen Schmelzen im tiefen Mondinneren, van Kan Parker et al. Nature Geoscience, 19. Februar 2012, doi: 10.1038 / NGEO1402.
