News: Zwei Fliegen mit einer Klappe
Warum gibt es die großen Basaltdecken des Mondes eigentlich nur auf der uns zugewandten Seite? Und warum zeugen sie von einem Magnetfeld, dass es eigentlich gar nicht geben konnte? Ein Computermodell gibt Aufschluss.
© NASA (Ausschnitt)
Über die Geologie des Mondes und dessen inneren Aufbau ist bis heute vieles unklar. Seitdem die Apollo-Astronauten Gesteinsproben heimbrachten, beißen sich die Forscher insbesondere an zwei Fragen die Zähne aus.
So ist zum einen ungewiss, warum die Mondgesteine von einem Magnetfeld zeugen - obschon der Mond eigentlich gar keines erzeugen kann. Und zum anderen erkannten jene Astronauten, dass die Rückseite des Mondes gänzlich anders aussieht als seine Vorderseite. Denn nur auf der uns zugewandten Seite sind die dunklen Mare aus Basalten zu finden. Auf der Rückseite fehlen sie.
Doch zunächst zu der Frage des Magnetfelds, für dessen Generierung ein elektrisch leitfähiger und flüssiger Eisenkern vonnöten ist, sowie eine Energiequelle, die diesen Dynamo in Bewegung setzt.
Im Fall der Erde sind es die hohen Temperaturunterschiede zwischen Erdäußerem und Erdinnerem, denn während der Zerfall radioaktiver Elemente den Erdkern aufheizt, werden Kruste und Mantel insbesondere durch plattentektonische Vorgänge ständig kühler. Die Folge ist, dass sich der Wärmefluss von innen nach außen erhöht und auf diese Weise im Erdkern die so genannten Konvektionsströme entstehen.
Nun ist der Mond hingegen klein, hat nur einen winzig kleinen Eisenkern und wurde an seiner Oberfläche niemals durch plattentektonische Vorgänge verändert. Ein Temperaturgradient und damit ein Dynamo konnte somit gar nicht erst entstehen. Oder?
Nun, grundsätzlich stimmt das wohl, aber Ausnahmen bestätigen ja bekanntlich die Regel. Und so fanden Forscher um David Stegman von der University of California in Berkeley für die von den Astronauten aufgelesenen "magnetischen" Gesteine eine überaus elegante Erklärung. Und zwar, indem sie bei der frühen Entwicklung des Mondes die unterschiedlichen Wärmeeigenschaften entlang seines schalenförmigen Aufbaus berücksichtigten.
Demnach musste sich im Zuge der Abkühlung, als der Mondmantel bereits weitgehend erstarrt war, im oberen Bereich eine Gesteinsschicht gebildet haben, die sehr schwer war, weil sie viel Titan enthielt. Aufgrund ihrer hohen Dichte waren diese Gesteine jedoch instabil und sanken durch den weniger dichten Mantel nach unten - bis sie auf den Mondkern stießen.
In kleinem Maßstab - und in umgekehrter Richtung - ist dieser Effekt heute übrigens bei den irdischen Salzstöcken zu beobachten, die weniger dicht sind als ihre Umgebung und im Laufe geologischer Zeiträume durch feste Gesteine in Richtung Erdoberfläche streben.
Doch zurück zum Mond, wo jene absinkenden Gesteine fortan den Mondkern vor Wärmeverlust isolierten, sich zum anderen aber auch selbst erhitzten. Der Grund: In ihnen waren große Mengen des radiokativen Thoriums gebunden, welches nun nach und nach zerfiel und dabei Wärme freisetzte.
Und dann, irgendwann vor beinahe 4,5 Milliarden Jahren wurde diese Gesteinsisolierung so heiß, dass sie erneut instabil wurde, sich zunächst langsam in Bewegung setzte und angesichts des immer geringer werdenden Drucks zunehmend rascher bis zur Mondoberfläche aufstieg. Seiner Isolierschicht beraubt, verlor der Kern die gespeicherte Wärmeenergie, die ihrerseits für einen kurzen Moment - die Geologen meinen damit ungefähr 300 000 Jahre - den Dynamo im Mondkern anzutreiben vermochte.
Die Folge: In einem einmaligen Ereignis ergossen sich riesige Mengen Lava auf die Mondoberfläche, die zugleich von dem kurzzeitig in Betrieb gesetzten Dynamo magnetisiert wurden. Das Ergebnis: Die aufgestiegenen Basalte – mit übrigens verräterisch hohem Thoriumgehalt – bedeckten nur die eine Seite des Mondes und speicherten beim Erstarren sein geheimnisvolles Magnetfeld.
So ist zum einen ungewiss, warum die Mondgesteine von einem Magnetfeld zeugen - obschon der Mond eigentlich gar keines erzeugen kann. Und zum anderen erkannten jene Astronauten, dass die Rückseite des Mondes gänzlich anders aussieht als seine Vorderseite. Denn nur auf der uns zugewandten Seite sind die dunklen Mare aus Basalten zu finden. Auf der Rückseite fehlen sie.
Doch zunächst zu der Frage des Magnetfelds, für dessen Generierung ein elektrisch leitfähiger und flüssiger Eisenkern vonnöten ist, sowie eine Energiequelle, die diesen Dynamo in Bewegung setzt.
Im Fall der Erde sind es die hohen Temperaturunterschiede zwischen Erdäußerem und Erdinnerem, denn während der Zerfall radioaktiver Elemente den Erdkern aufheizt, werden Kruste und Mantel insbesondere durch plattentektonische Vorgänge ständig kühler. Die Folge ist, dass sich der Wärmefluss von innen nach außen erhöht und auf diese Weise im Erdkern die so genannten Konvektionsströme entstehen.
Nun ist der Mond hingegen klein, hat nur einen winzig kleinen Eisenkern und wurde an seiner Oberfläche niemals durch plattentektonische Vorgänge verändert. Ein Temperaturgradient und damit ein Dynamo konnte somit gar nicht erst entstehen. Oder?
Nun, grundsätzlich stimmt das wohl, aber Ausnahmen bestätigen ja bekanntlich die Regel. Und so fanden Forscher um David Stegman von der University of California in Berkeley für die von den Astronauten aufgelesenen "magnetischen" Gesteine eine überaus elegante Erklärung. Und zwar, indem sie bei der frühen Entwicklung des Mondes die unterschiedlichen Wärmeeigenschaften entlang seines schalenförmigen Aufbaus berücksichtigten.
Demnach musste sich im Zuge der Abkühlung, als der Mondmantel bereits weitgehend erstarrt war, im oberen Bereich eine Gesteinsschicht gebildet haben, die sehr schwer war, weil sie viel Titan enthielt. Aufgrund ihrer hohen Dichte waren diese Gesteine jedoch instabil und sanken durch den weniger dichten Mantel nach unten - bis sie auf den Mondkern stießen.
In kleinem Maßstab - und in umgekehrter Richtung - ist dieser Effekt heute übrigens bei den irdischen Salzstöcken zu beobachten, die weniger dicht sind als ihre Umgebung und im Laufe geologischer Zeiträume durch feste Gesteine in Richtung Erdoberfläche streben.
Doch zurück zum Mond, wo jene absinkenden Gesteine fortan den Mondkern vor Wärmeverlust isolierten, sich zum anderen aber auch selbst erhitzten. Der Grund: In ihnen waren große Mengen des radiokativen Thoriums gebunden, welches nun nach und nach zerfiel und dabei Wärme freisetzte.
Und dann, irgendwann vor beinahe 4,5 Milliarden Jahren wurde diese Gesteinsisolierung so heiß, dass sie erneut instabil wurde, sich zunächst langsam in Bewegung setzte und angesichts des immer geringer werdenden Drucks zunehmend rascher bis zur Mondoberfläche aufstieg. Seiner Isolierschicht beraubt, verlor der Kern die gespeicherte Wärmeenergie, die ihrerseits für einen kurzen Moment - die Geologen meinen damit ungefähr 300 000 Jahre - den Dynamo im Mondkern anzutreiben vermochte.
Die Folge: In einem einmaligen Ereignis ergossen sich riesige Mengen Lava auf die Mondoberfläche, die zugleich von dem kurzzeitig in Betrieb gesetzten Dynamo magnetisiert wurden. Das Ergebnis: Die aufgestiegenen Basalte – mit übrigens verräterisch hohem Thoriumgehalt – bedeckten nur die eine Seite des Mondes und speicherten beim Erstarren sein geheimnisvolles Magnetfeld.
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