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Sonnensystem: Wasser auf dem M...ond

Der Mond ist scheinbar seit Jahrmilliarden eine staubtrockene Einöde: Weder Fernerkundung noch vereinzelte Besuche konnten dort bisher auch nur einen einzigen Wassertropfen nachweisen. Material aus dem tiefen Inneren des Erdtrabanten legt nun aber nahe, dass darin einmal reichlich Wasser enthalten war.
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Ausnahmsweise geht es heute nicht um den Mars, auf dem mal wieder ein Zeichen für Wasser gefunden wurde. Auch unser direkter Nachbar, der Mond, macht diesbezüglich gelegentlich von sich reden – Meteoriten und Kometen hätten das nasse Element vor Milliarden Jahren anliefern können. Zwar verdampfte ein großer Teil davon in den Weltraum, doch die Hoffnung bleibt, dass womöglich ein winzig bisschen in Form von Eis irgendwo in den tiefen Kratern des Südpols erhalten blieb. Denn aus eigenen Quellen trauen ihm Forscher sowieso kein Wasser zu.

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Mega-Crash | Staub in großen Mengen wird in jungen, fast vollständig ausgebildeten Planetensystemen dann frei, wenn große Planetisimale auf erdähnliche Planeten prallen. Dabei kann ein Erde-Mond-System entstehen – wie in unserem eigenen Planetensystem, als vor mehr als vier Milliarden Jahren die Protoerde mit einem marsgroßen Brocken kollidierte. Nachdem sich der Staub legte, waren Erde und Mond entstanden. Die Illustration zeigt die etwas weniger dramatische Kollision eines berggroßen Objektes mit einem jungen terrestrischen Planeten.
Schuld daran ist seine turbulente Entstehungsgeschichte: Als ein marsgroßer Himmelskörper in die rund 30 Millionen Jahre alte Protoerde raste und die Bausteine für den Mond hinausschleuderte, sind vermutlich enorme Temperaturen erreicht worden. Und ein so leichtes Element wie Wasserstoff sollte in den geschmolzenen Trümmern sogar gänzlich verloren gehen. Für diese Theorie spricht auch der Umstand, dass auch andere leicht flüchtige Elemente wie etwa Kalium oder Natrium im Gegensatz zur Erde auf dem Mond nur selten auftauchen. Das belegen auch Analysen von Gestein, das Apollo und Luna-Missionen in den 1960er und 70er Jahren zur Erde brachten.

Auch wenn der Weg – in Steinen nach Wasser zu schauen – etwas ungewöhnlich klingt, ist es zurzeit die einzige Möglichkeit, um die ursprüngliche Zusammensetzung des Mondmantels zu rekonstruieren. Denn Mare-Basalte oder vulkanische Gläser könnten damals vorhandene Elemente in ihrem Inneren konserviert haben. Als die Magma vor mehr als drei Milliarden Jahren aus der Oberfläche des Mondes brach und langsam aushärtete, diffundierten die leicht verdampfenden Substanzen allerdings teilweise an die Oberfläche und gasten aus.

Dem Originalrezept auf der Spur

Und auch nach dem Verfestigen gab es noch etliche Gelegenheiten, das Originalrezept zu verwischen: wasserstoffreiche Sonnenwinde, auf dem Mond umherwehende Gaswolken nach Einschlägen oder Vulkanaktivität, herumschwirrendes Kometenmaterial oder ganz trivial die Kontamination auf dem Weg ins Labor. Zumindest die nachträgliche Verunreinigung können Forscher einfach umgehen, indem sie nur tief genug in den Kristall hineinschauen. Denn egal welcher Verunreinigungsangriff auch übel mitgespielt hatte – nach nur wenigen Mikrometern dürfte ihr Einfluss zu vernachlässigen sein.

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Glasperlen | Diese grünen Glaskügelchen sammelten die Astronauten als sie mit der Mission Apollo 15 den Mond erkundeten. Vermutlich entstanden diese rund 0,2 Millimeter messenden vulkanischen Ablagerungen früh in der geologischen Geschichte des Erdtrabanten.
Die ersten Analysen des Mondgesteins zeigten tatsächlich die gesuchten Elemente wie Schwefel sowie Spuren von Chlor und Fluor. Wasser war damals allerdings nicht auszumachen und bestätigte die Theorie eines knochentrocknen Mondes. Der Geophysiker Alberto Saal von der Brown University in Providence und seine Kollegen griffen nun abermals auf die Proben der Apollo-Mission zurück. Genauer auf orange und grüne Gläser, die reich an Titan beziehungsweise Magnesium sind. Das Besondere an ihnen ist, dass sie nicht wie das meiste Gestein auf dem Mond durch das durch Meteoriteneinschläge verursachte Schmelzen lunarer Felsen entstanden sind. Stattdessen glauben die Forscher, dass sich die weniger als einen Millimeter kleinen Kügelchen durch vulkanische Eruptionen auf der Mondoberfläche bildeten.

In ihrem Inneren stießen Saal und sein Team mit Hilfe der so genannten Sekundärionen-Massenspektrometrie auf bemerkenswerte Mengen an Chlor, Fluor, Schwefel und sogar auf das für verschwunden erklärte Wasser. Bis zu 46 parts per million (ppm) fanden sie in den bunten Glasperlen – fest eingewoben in die Struktur des Glases und nicht etwa als kleines Wassertröpfchen. Die einfachste Erklärung ist, dass sich diese Stoffe bereits im geschmolzenen Glas befanden.

Auf der Suche nach der richtigen Vergangenheit

Für die beobachteten Konzentrationsgefälle innerhalb der Kügelchen und die leichte Variation der Substanzmengen zwischen verschiedenen Proben machen die Wissenschaftler die kurzzeitigen Diffusionsprozesse während des Aushärtens verantwortlich. Um den ursprünglichen Wassergehalt des Glases abzuschätzen, führten Saal und seine Kollegen Computersimulationen durch. Danach gingen rund 98 Prozent des Wassers in der lunaren Magma während der Eruption in den Weltraum verloren sowie 57 Prozent des Chlors, 45 Prozent des Fluors und immerhin 19 Prozent des Schwefels.

Am besten passen ihre Modelle für einen ursprünglichen Wassergehalt von 745 ppm – ähnlich dem Wassergehalt von Lava, die an Mittelozeanischen Rücken der Erde austritt. Danach wäre der Mond entgegen den vorherrschenden Vorstellungen doch nicht knochentrocken. Dieser Umstand müsse aber in Modellen der Mondentstehung und -entwicklung berücksichtigt werden, mahnen die Wissenschaftler. Entweder hat das Erde-Mond-System auch nach dem Einschlag des marsgroßen Himmelskörper eine beträchtliche Menge an Wasser bewahrt oder aber die leichten Elemente sammelten sich kurz – weniger als hundert Millionen Jahre – nach dem explosiven Ereignis etwa durch Meteoriteneinschläge auf den beiden Himmelskörpern an.

Auf der Suche nach der richtigen Vergangenheit wollen die Wissenschaftler nun weiteres Mondgestein untersuchen. Und um die Hoffnung auf lunares Wassereis zu bestärken oder aber zu zerschlagen, will die Nasa Ende 2008 ihren Lunar Reconnaissance Orbiter zum Mond senden. Saal und Kollegen spekulieren schon, dass sich auch ein kleiner Teil des von ihnen entdeckten, damals verdampften Wassers in einen Südpolkrater dazugesellt haben könnte.
10.07.2008

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum - Die Woche, 10.07.2008

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  • Quellen
Saal, A. E. et al.: Volatile content of lunar volcanic glasses and the presence of water in the moon´s interior. In: Nature 454, S. 192–195, 2008.

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