Mondforschung: Ein "feuchtes" Mondinneres
© Thomas Weinrich/Department of Geological Sciences/Brown University (Ausschnitt)
Bislang galt unser Erdtrabant als ausgesprochen trocken und stark verarmt an flüchtigen Substanzen. Diese Erkenntnis war aus den chemischen Analysen der Mondgesteine abgeleitet worden, die von den sechs erfolgreichen Apollo-Missionen und den drei unbemannten russischen Luna-Mondsonden zur Erde gebracht wurden. Zwar hatten auch schon frühere Untersuchungen Hinweise auf größere Gehalte an Kristallwasser ergeben, diese wurden aber von den jeweiligen Forschern selbst als irdische Kontamination durch die Luftfeuchte beim Transport der Proben ins Labor oder in die Analysengeräte erklärt.
Nun zeigen neue Untersuchungen an Schmelzeinschlüssen in Olivinkristallen, dass manche Bereiche des Mondmantels sehr viel höhere Gehalte an Wasser enthalten, als es bislang für möglich galt. Die Wassermengen entsprechen zumindest teilweise jenen, die sich auch in Mineralen des Erdmantels finden. Die Wasseranteile erreichen bis zu 1,4 Promille. Sie überschreiten damit die bislang in Mondgesteinen gemessenen Wassergehalte um mehr als das Hundertfache. Es ist aber kein freies Wasser, das in Hohlräumen der Minerale in so genannten Fluideinschlüssen enthalten ist, sondern um Kristallwasser. Dieses Wasser ist fest in die Kristallstrukturen der betreffenden Minerale eingebaut und kann nur durch große Hitze freigesetzt werden.
Für die Untersuchungen verwendeten die Forscher um Erik H. Hauri an der Carnegie Institution of Washington kleine Glaskügelchen, welche die Astronauten von Apollo 17 auf dem Mond gefunden hatten. Es handelt sich um den so genannten roten Boden, der am Rande eines kleinen Einschlagkraters gefunden worden war und zunächst für vulkanische Asche gehalten wurde. Tatsächlich haben sich die Kügelchen erst durch den Einschlag eines Meteoriten in ein vulkanisches Gestein gebildet.
Die meisten dieser Glaskügelchen bestehen aus reinem Glas, das praktisch kein Wasser enthält. Manche von ihnen enthalten jedoch Einschlüsse von Olivinkristallen, in deren Inneren sich kleine Partien der ursprünglichen vulkanischen Schmelze erhalten haben. Die Forscher mussten einige tausend Glaskügelchen unter dem Mikroskop untersuchen, bis sie schließlich zehn von ihnen fanden, in denen die Olivinkristalle Schmelzeinschlüsse aufwiesen.
Diese Proben wurden dann mit einem hochempfindlichen Massenspektrometer, das kleinste Menge einer Substanz nachweisen kann, analysiert. Die so genannte Nano-SIMS beschießt mit einem scharf gebündelten Ionenstrahl kleine Bereiche der zu untersuchenden Probe, und schlägt winzige Mengen aus dem Material heraus, die direkt in ein angeschlossenes Massenspektrometer überführt werden. Es ist so empfindlich, dass es einzelne Atome und Moleküle registrieren kann.
Die Schmelzeinschlüsse sind kleine Zeitkapseln, welche die vor rund vier Milliarden Jahren ausgeflossene Mondlava unverändert konserviert haben. Da sie gasdicht sind, konnten aus ihnen keine flüchtigen Stoffe entweichen, wie es bei dem größten Teil der Mondlaven geschah. Sie sind heute ausgesprochen arm an flüchtigen Stoffen, bis hinunter zur Nachweisgrenze der Nano-SIMS. Die hohen Gehalte an Wasser in den Schmelzeinschlüssen belegen, dass der Mondmantel, der rund 70 bis 100 Kilometer unterhalb der Mondkruste beginnt, sehr viel reicher an Wasser war, als bislang angenommen.
Dies hat weitreichende Konsequenzen für die Theorien zur Entstehung des Mondes. Derzeit favorisieren die Planetologen die Vorstellung, dass die Erde kurz nach ihrer Entstehung vor rund 4,5 Milliarden Jahren von einem marsgroßen Himmelskörper getroffen wurde, der eine riesige Katastrophe auslöste. Beim Einschlag wurde eine enorme Menge an Gestein vom Impaktor und der Urerde ins All geschleudert, wovon ein Teil ins All entwich oder zur Erde zurückstürzte. Ein Teil des ausgeworfenen Materials sammelte sich in einer stabilen Umlaufbahn um die Erde an und bildete innerhalb kurzer Zeit den Mond.
Als Beleg für den Rieseneinschlag galt bislang die ausgeprägte Wasserarmut der Mondgesteine, die eine Folge der starken Erhitzung des Materials durch den Einschlag war, aus dem der Mond hervorging. Dabei sollte das flüssige Gestein den größten Teil an Wasser und anderen flüchtigen Stoffen verloren haben. Nun müssen weitere Untersuchungen an anderen Mondproben zeigen, ob sich auch an anderen Orten Hinweise auf höhere Wassergehalte der Mondlaven finden und in die Vorstellungen vom Rieseneinschlag Eingang finden.
Tilmann Althaus
Nun zeigen neue Untersuchungen an Schmelzeinschlüssen in Olivinkristallen, dass manche Bereiche des Mondmantels sehr viel höhere Gehalte an Wasser enthalten, als es bislang für möglich galt. Die Wassermengen entsprechen zumindest teilweise jenen, die sich auch in Mineralen des Erdmantels finden. Die Wasseranteile erreichen bis zu 1,4 Promille. Sie überschreiten damit die bislang in Mondgesteinen gemessenen Wassergehalte um mehr als das Hundertfache. Es ist aber kein freies Wasser, das in Hohlräumen der Minerale in so genannten Fluideinschlüssen enthalten ist, sondern um Kristallwasser. Dieses Wasser ist fest in die Kristallstrukturen der betreffenden Minerale eingebaut und kann nur durch große Hitze freigesetzt werden.
Für die Untersuchungen verwendeten die Forscher um Erik H. Hauri an der Carnegie Institution of Washington kleine Glaskügelchen, welche die Astronauten von Apollo 17 auf dem Mond gefunden hatten. Es handelt sich um den so genannten roten Boden, der am Rande eines kleinen Einschlagkraters gefunden worden war und zunächst für vulkanische Asche gehalten wurde. Tatsächlich haben sich die Kügelchen erst durch den Einschlag eines Meteoriten in ein vulkanisches Gestein gebildet.
Die meisten dieser Glaskügelchen bestehen aus reinem Glas, das praktisch kein Wasser enthält. Manche von ihnen enthalten jedoch Einschlüsse von Olivinkristallen, in deren Inneren sich kleine Partien der ursprünglichen vulkanischen Schmelze erhalten haben. Die Forscher mussten einige tausend Glaskügelchen unter dem Mikroskop untersuchen, bis sie schließlich zehn von ihnen fanden, in denen die Olivinkristalle Schmelzeinschlüsse aufwiesen.
Diese Proben wurden dann mit einem hochempfindlichen Massenspektrometer, das kleinste Menge einer Substanz nachweisen kann, analysiert. Die so genannte Nano-SIMS beschießt mit einem scharf gebündelten Ionenstrahl kleine Bereiche der zu untersuchenden Probe, und schlägt winzige Mengen aus dem Material heraus, die direkt in ein angeschlossenes Massenspektrometer überführt werden. Es ist so empfindlich, dass es einzelne Atome und Moleküle registrieren kann.
Die Schmelzeinschlüsse sind kleine Zeitkapseln, welche die vor rund vier Milliarden Jahren ausgeflossene Mondlava unverändert konserviert haben. Da sie gasdicht sind, konnten aus ihnen keine flüchtigen Stoffe entweichen, wie es bei dem größten Teil der Mondlaven geschah. Sie sind heute ausgesprochen arm an flüchtigen Stoffen, bis hinunter zur Nachweisgrenze der Nano-SIMS. Die hohen Gehalte an Wasser in den Schmelzeinschlüssen belegen, dass der Mondmantel, der rund 70 bis 100 Kilometer unterhalb der Mondkruste beginnt, sehr viel reicher an Wasser war, als bislang angenommen.
Dies hat weitreichende Konsequenzen für die Theorien zur Entstehung des Mondes. Derzeit favorisieren die Planetologen die Vorstellung, dass die Erde kurz nach ihrer Entstehung vor rund 4,5 Milliarden Jahren von einem marsgroßen Himmelskörper getroffen wurde, der eine riesige Katastrophe auslöste. Beim Einschlag wurde eine enorme Menge an Gestein vom Impaktor und der Urerde ins All geschleudert, wovon ein Teil ins All entwich oder zur Erde zurückstürzte. Ein Teil des ausgeworfenen Materials sammelte sich in einer stabilen Umlaufbahn um die Erde an und bildete innerhalb kurzer Zeit den Mond.
Als Beleg für den Rieseneinschlag galt bislang die ausgeprägte Wasserarmut der Mondgesteine, die eine Folge der starken Erhitzung des Materials durch den Einschlag war, aus dem der Mond hervorging. Dabei sollte das flüssige Gestein den größten Teil an Wasser und anderen flüchtigen Stoffen verloren haben. Nun müssen weitere Untersuchungen an anderen Mondproben zeigen, ob sich auch an anderen Orten Hinweise auf höhere Wassergehalte der Mondlaven finden und in die Vorstellungen vom Rieseneinschlag Eingang finden.
Tilmann Althaus
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