Verstehen wir jetzt, warum die nahe und die ferne Seite des Mondes so dramatisch unterschiedlich aussehen?
Der Mond ist mit Abstand das am besten untersuchte Objekt im Sonnensystem (natürlich abgesehen von der Erde). Aber er birgt immer noch einige Rätsel für Wissenschaftler. Warum unterscheidet sich beispielsweise eine Seite des Mondes so stark von der anderen?
Der Mond ist an die Erde gebunden, daher kannten wir vor der Raumfahrt nur die eine Seite. Es gab keinen Grund, warum sich die Erdseite von der anderen Seite unterscheiden würde. Aber jetzt wissen wir es anders.
Als das Weltraumrennen heiß wurde, schickte die NASA eine Reihe von Mondorbitern, um den Mond vor den Apollo-Missionen zu untersuchen. Die Mondorbiter 1 bis 5 wurden 1966 und 1967 zum Mond geschickt. Der Hauptfokus der Orbiter lag auf Landeplätzen, aber Lunar Orbiter 4 fotografierte 95 % der andere Seite des Mondes .
Eines von vielen Bildern der Mondrückseite, die 1967 vom Lunar Orbiter 4 der NASA aufgenommen wurden. Schauen Sie sich all die Krater an! Bildnachweis:
Jetzt haben wir natürlich die gesamte Mondoberfläche kartiert und wir haben auch alle möglichen wissenschaftlichen Daten über unseren natürlichen Satelliten gesammelt. Wir haben Astronauten dorthin geschickt und zurückgebracht Hunderte von Kilogramm von Mondregolith, um hier auf der Erde zu studieren. Und die NASA plant in naher Zukunft eine Rückkehr zum Mond.
Aber die rätselhafte Frage bleibt: Warum ist eine Seite so verkratert und eine Seite nicht? Warum ist die nahe Seite so viel glatter und wird von riesigen vulkanischen Basaltebenen dominiert? Warum war diese antike vulkanische Aktivität meist auf eine Seite beschränkt, die der Erde zugewandt ist?
Die nahe Seite des Mondes (links) und die hintere Seite des Mondes (rechts). Die nahe Seite enthält 97% der dunklen vulkanischen Ebenen, während die andere Seite viel mehr Krater aufweist? Bildquelle: NASA
Die führende Theorie für die Entstehung des Mondes ist die Riesen-Impact-Hypothese . Diese Theorie legt nahe, dass ein großer planetarischer Körper, der ungefähr die Größe des Mars hat, Theia genannt wird, die Erde traf. Die Kollision schickte eine enorme Menge geschmolzenen Materials in die Umlaufbahn um die Erde, die schließlich zum Mond verschmolz.
Eine neue Studie untersuchte die Disparität zwischen den beiden Seiten des Mondes. Sein Titel lautet „ Frühe Krustenbildung auf der Mondnseite durch die Senkung des Schmelzpunkts des Mantels verstärkt .“ Es wurde in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht und der Hauptautor ist Stephen Elardo, Assistant Professor of Geology an der Florida University.
Als der Theia-Einschlag stattfand und der Mond aus den Trümmern verschmolz, war der Mond nicht groß genug, um die vulkanische Aktivität so lange fortzusetzen wie die Erde. Der Mond war viel kleiner und kühlte schneller ab. Aus irgendeinem Grund dauerte die vulkanische Aktivität jedoch auf der nahen Seite viel länger als auf der anderen Seite. Dies geht gegen den Strich, da von einem Körper erwartet wird, dass er insgesamt gleich schnell abkühlt.
Die Studie konzentriert sich auf eine seltsame geochemische Anomalie auf dem Mond. Die nahe Seite enthält eine Region namens Stürmisches Terran . Diese Region enthält eine große Menge spezifischer Elemente. KREEP steht für K (das Atomsymbol für Kalium), REE (Seltenerdelemente) und P (das Atomsymbol für Phosphor). Das KREEP-Terran enthält auch die Elemente Thorium und Uran, die radioaktiv zerfallen und Wärme erzeugen.
Verteilung von Thorium auf der Mondoberfläche vom Mondsucher Mission. Thorium ist stark mit anderen radioaktiven Elementen korreliert (wärmeerzeugend), wobei das meiste davon auf der erdzugewandten Seite (nahe Seite) vorhanden ist. Die Beziehung zwischen dieser Region und vielen beobachteten Merkmalen der Mondgeschichte ist eine Schlüsselfrage in den Mondwissenschaften. Credits: Laneuville, M. et al (2013) Journal of Geophysical Research: Planets.
Die Autoren dieser Studie wollten herausfinden, ob das Vorhandensein von KREEP die Bedingungen für eine anhaltendere vulkanische Aktivität schaffen könnte. KREEP könnte den Schmelzpunkt des Mantels senken, und die Anwesenheit der radioaktiven Elemente könnte den Effekt verstärkt haben, indem es genügend Wärme erzeugt, um die vulkanische Aktivität in der Region noch lange nach dem Abkühlen des Rests des Mondes anzukurbeln.
Das Forscherteam schuf ein analoges Gestein mit den gleichen Eigenschaften, das als Mg-Suite-Gestein bezeichnet wird. Sie erstellten sechs Versionen dieses Analogs, eine ohne KREEP-Gehalt und eine mit jeweils 5 %, 10 %, 15 %, 25 % und 50 % KREEP und den dazugehörigen radioaktiven Elementen. Anschließend setzten sie die Proben hohen Temperaturen aus.
Die Studie zeigte, dass sich kompositorische Asymmetrien zwischen der Vorder- und der Rückseite des Mondes schon früh im Leben des Mondes auswirkten. Die Autoren schrieben: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die hemisphärischen Zusammensetzungsasymmetrien auf dem Mond unmittelbar nach der Monddifferenzierung einen dramatischen Einfluss auf die Magmaproduktion haben.“
Diese Abbildung aus der Studie zeigt die Auswirkungen von KREEP auf das Analoge. Die Ergebnisse von Hochtemperaturexperimenten zeigen, dass die Zugabe von KREEP zu einem analogen Quellgestein der Mg-Reihe dessen Schmelztemperatur dramatisch senkt. Jede Linie ist eine Isotherme, die die Menge an Schmelze zeigt, die bei einer gegebenen Temperatur als Funktion des Gewichtsanteils von KREEP in der Ausgangsmischung vorhanden ist. Einfach ausgedrückt: Je mehr KREEP vorhanden ist, desto niedriger ist die Schmelztemperatur. Bildquelle: Elardo et al., 2020.
Dies ist keine geringfügige Anomalie, und wie sie schrieben, war die Wirkung dramatisch. „Die große Konzentration wärmeerzeugender Elemente auf der Mondvorderseite hatte nicht nur das Potenzial, als Wärmequelle für das Schmelzen zu fungieren, sondern senkte auch die Schmelztemperaturen an der Grenzfläche Kruste-Mantel auf eine Weise, die ~4–13 Mal mehr hätte produzieren können krustenbildende Magmen, als es auf der anderen Seite passiert wäre.“
Frühere Forschungen haben behauptet, dass „der krustenbildende Magmatismus, der unmittelbar auf die LMO folgte, ein mondweites Ereignis war“, wie die Autoren schreiben. Aber diese Ergebnisse stellen eine Herausforderung für diese Schlussfolgerung dar. Die meisten LMO-Modelle sehen Planeten in dieser Evolutionsstufe als homogene Globen aus gut gemischten Materialien. Diese Modelle berücksichtigen KREEP nicht in der gleichen Weise wie diese Arbeit.
Die Autoren des Papiers schreiben: „Unsere Ergebnisse zeigen, dass die anomale Anreicherung inkompatibler Elemente dieses nahen Reservoirs die Schmelztemperatur des Quellgesteins für diese Magmen dramatisch senkt und möglicherweise zu einer 4- bis 13-fach höheren Magmaproduktion unter der nahen Kruste geführt hat. auch ohne Beitrag der Radioaktivität.“
Diese Zahl aus der Studie zeigt, wie der radioaktive Zerfall von Kalium, Thorium und Uran verhinderte, dass das Terran Procellarum KREEP so schnell abkühlte wie der Rest des Mondes, was die vulkanische Aktivität in der Region verlängerte. Die ?Tsteigt mit steigendem KREEP-Gehalt aufgrund der radiogenen Wärme, die durch den Zerfall von K, Th und U entsteht. Bildquelle: Elardo et al., 2020.
Als sie den Effekt der Erwärmung durch den nuklearen Zerfall hinzufügten, wurde der Fall stärker. „Aus thermischen numerischen Modellen zeigen wir, dass radiogene Erwärmung diesen Effekt verstärkt und möglicherweise zu einer asymmetrischen Konzentration der postmagma-ozeanischen Kruste auf der Mondnahe geführt hat“, fügte er hinzu.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass die geochemische Anomalie auf der nahen Seite die thermische und magmatische Entwicklung des Mondes während seiner gesamten Geschichte nach der Differenzierung beeinflusst hat“, schrieben sie.
Da Erde und Mond untrennbar miteinander verbunden sind, könnten uns diese Ergebnisse am Ende auch etwas über die Erde sagen.
Es wird angenommen, dass vor 4,4 Milliarden Jahren ein Himmelskörper (Theia) auf die Erde prallte und den Mond hervorbrachte. Bildquelle: NASA/JPL-Caltech
In einem Pressemitteilung , kommentierte der Co-Autor der Studie Matthieu Laneuville: „Wegen des relativen Fehlens von Erosionsprozessen zeichnet die Mondoberfläche geologische Ereignisse aus der Frühgeschichte des Sonnensystems auf. Insbesondere Regionen auf der nahen Seite des Mondes weisen Konzentrationen von radioaktiven Elementen wie U und Th auf, wie es sie sonst nirgendwo auf dem Mond gibt. Das Verständnis des Ursprungs dieser lokalen U- und Th-Anreicherungen kann helfen, die frühen Stadien der Mondentstehung und folglich die Bedingungen auf der frühen Erde zu erklären.“
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