Letztes Jahr untersuchten Wissenschaftler die seismischen Daten, die von Experimenten aus der Apollo-Ära gesammelt wurden, und entdeckten, dass der untere Mantel des Mondes, der Teil in der Nähe der Kern-Mantel-Grenze, teilweise geschmolzen ist (z. B. Apollo Data Retooled to Provide Precise Readings on Moon's Kern, Universum heute, 6. Januar 2011 ). Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die untersten 150 km des Mantels zwischen 5 und 30 % flüssige Schmelze enthalten. Auf der Erde wäre dies genug Schmelze, um sich vom Festkörper zu trennen, aufzusteigen 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 aktuellen Mondmagmen im Vergleich zu ihren umgebenden Gesteinen zu dicht sind, um an die Oberfläche aufzusteigen. Genau wie Öl auf Wasser haben weniger dichte Magmen Auftrieb und sickern über das feste Gestein. Wenn das Magma jedoch 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 unterschiedliche 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 Dichte des Materials bei verschiedenen Drücken und Temperaturen zu bestimmen. Ihre Studien verwendeten simulierte Mondmaterialien, da Mondproben für eine solche destruktive Analyse als zu wertvoll angesehen werden. Ihre Simulanzien modelliert die Zusammensetzung von Apollo 15 grünen Vulkangläsern (mit einem Titangehalt von 0,23 Gew.-%) und Apollo 14 schwarzen Vulkangläsern (mit einem Titangehalt von 16,4 Gew.-%).
Proben dieser Simulanzien wurden Drücken von bis zu 1,7 GPa ausgesetzt (der Atmosphärendruck an der Erdoberfläche beträgt 101 kPa oder 20.000 Mal weniger als in diesen Experimenten erreicht wurde). Die Drücke im Inneren des Mondes sind jedoch noch höher und überschreiten 4,5 GPa. Daher wurden Computerberechnungen durchgeführt, um die experimentellen Ergebnisse zu extrapolieren.
Apollo 15 grüne Glasperlen. Bildnachweis: NASA
Die kombinierte Arbeit zeigt, dass Magmen mit niedrigem Titangehalt (Apollo 15-Grüngläser) bei den typischerweise im unteren Mondmantel anzutreffenden Temperaturen und Drücken eine geringere Dichte aufweisen als das umgebende feste Material. Das bedeutet, dass sie schwimmfähig sind, an die Oberfläche steigen und ausbrechen sollten. Auf der anderen Seite wurden bei Magmen mit hohem Titangehalt (Apollo 14 Schwarzgläser) Dichten gefunden, die ungefähr gleich oder größer als ihr umgebendes festes Material sind. Es war nicht zu erwarten, dass diese steigen und ausbrechen.
Da der Mond keine aktive vulkanische Aktivität hat, muss die Schmelze, die sich derzeit am Boden des Mondmantels befindet, eine hohe Dichte aufweisen. Und die Ergebnisse von Frau van Kan Parker legen nahe, dass diese Schmelze aus Magmen mit hohem Titangehalt bestehen sollte, wie sie die schwarze Brille von Apollo 14 bildeten.
Ein neuer Blick auf alte Daten hat Wissenschaftlern mehr Einblick in den Kern des Mondes gegeben. Quelle: Wissenschaft
Dieser Befund ist bedeutsam, da angenommen wird, dass sich hohe Titanmagmen aus titanreichen Quellgesteinen gebildet haben. Diese Gesteine stellen den Bodensatz dar, der an der Basis der Mondkruste zurückblieb, nachdem alle schwimmenden Plagioklas-Mineralien (die die Kruste bilden) in einem globalen Magmaozean nach oben gepresst worden waren. Da diese titanreichen Gesteine dicht sind, wären sie bei einem Umsturz schnell bis zur Kern-Mantel-Grenze abgesunken. Ein solcher Umsturz war sogar schon vor über 15 Jahren postuliert worden. Diese aufregenden neuen Ergebnisse liefern nun experimentelle Unterstützung für dieses Modell.
Es wird erwartet, dass diese dichten, titanreichen Gesteine auch viele radioaktive Elemente enthalten, die dazu neigen, zurückgelassen zu werden, wenn andere Elemente bevorzugt von Mineralkristallen aufgenommen werden. Die beim Zerfall dieser Elemente entstehende radiogene Hitze 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, den Mondkern auch heute noch teilweise schmelzen zu lassen!
Quellen:
Röntgenstrahlen erhellen das Innere des Mondes, Science Daily, 19. Februar 2012 .
Neutraler Auftrieb titanreicher Schmelzen im tiefen Mondinneren, van Kan Parker et al. Naturgeowissenschaften, 19. Februar 2012, doi: 10.1038 / NGEO1402 .