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Rätsel der Mondseiten geklärt?

Einschlag am lunaren Südpol könnte Unterschiede von Vorder- und Rückseite verursacht haben

Mond
Der urzeitliche Einschlag am Mond-Südpol (unten) könnte eine durch das gesamte Mondinnere reichende Hitze – und Magmawelle verursacht haben. © Matt Jones

Lunare Katastrophe: Das riesige Einschlagsbecken am Mond-Südpol und die Anomalien der lunaren Vorderseite könnten enger miteinander verknüpft sein als bisher gedacht. Denn sie gehen möglicherweise auf dasselbe Ereignis zurück, wie eine Studie nun nahelegt. Demnach verursachte der Hitzeschwall des Südpol-Impakts Magmaströmungen, die bestimmte Elemente zur gegenüberliegenden Mondseite schwemmten und dann dort den Mare-Vulkanismus auslösten.

Die eklatanten Unterschiede der Mondhemisphären sind eines der größten Rätsel der lunaren Geologe. Während die Rückseite des Mondes eine verdickte und sehr alte Kruste besitzt, ist die uns zugewandte Seite erheblich dünner und von Maren aus dunkler, erstarrter Lava bedeckt. Zudem ist die Kruste der Vorderseite mit ungewöhnlich hohen Anteilen von Seltenerdelementen, Kalium, Phosphor und radioaktivem Thorium angereichert.

KREEP-Terrain
KREEP-Terrain mit erhöhten Thorium-Werten auf der uns zugewandten Seite des Mondes (links) und Lage des Südpol-Aitken-Beckens. © Jones et al./ Science Advances, CC-by-nc 4.0

Wie das KREEP-Terrain der Mond-Vorderseite entstand und was dort den Vulkanismus auslöste, ist ebenso rätselhaft wie umstritten. So postulieren einige Planetenforscher, dass die Gezeitenkräfte der Erde die Krustenunterschiede bewirkten, andere vermuten einen Einschlag auf der uns zugewandten Mondseite dahinter.

Südpol-Einschlag als Auslöser?

Eine alternative Erklärung haben nun Matt Jones von der Brown University und seine Kollegen gefunden. Ausgangspunkt dafür war der größte Einschlagskrater des Mondes, das mehr als 2.000 Kilometer große Südpol-Aitken-Becken. Dieses entstand vor rund 4,3 Milliarden Jahren, als ein rund 100 Kilometer großer Asteroid am lunaren Südpol einschlug – ziemlich genau an der Stelle, die dem KREEP-Terrain gegenüberliegt.

„Wir wissen, dass große Einschläge wie am Südpol-Aitken-Becken eine Menge Hitze erzeugen“, sagt Jones. „Die Frage ist, wie diese Hitze die Dynamik des Mondinneren beeinflusst hat.“ Um das herauszufinden, rekonstruierten Jones und sein Team die Auswirkungen des urzeitlichen Impakts mithilfe geophysikalischer Modelle des lunaren Innenlebens zur Zeit des Einschlags.

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Hitzeschwall bis zur gegenüberliegenden Seite

Das Ergebnis: „Wir stellen fest, dass der Südpol-Einschlag eine thermische Anomalie im lunaren Mantel verursacht, die die Entwicklung des Mondinneren hunderte Millionen Jahre lang prägte“, berichten die Forschenden. Der Einschlag verursachte demnach einen massiven Hitzeschwall, der sich durch das Mondinnere bis auf die gegenüberliegende Seite ausbreitete – in das Gebiet, das heute von den Maren und dem KREEP-Terrain geprägt ist.

lunarer Einschlag
Szenario beim Einschlag. © Matt Jones

„Dieser Hitzeschwall löste Strömungen im Mondmantel aus, die KREEP- und titanreiche Magma-Kumulate mitrissen und zur uns zugewandten Mondseite schwemmten“, erklären Jones und seine Kollegen. Die Minerale und Elemente seien diesen Strömungen gefolgt wie ein Surfer der Welle. Den Simulationen zufolge hätten die vom Südpol-Einschlag verursachte Hitze und die folgende Mantelkonvektion ausgereicht, um auch die Elementanreicherungen im KREEP-Terrain und dem lunaren Basalt der Mare zu erklären.

Mare-Vulkanismus als Spätfolge

Und nicht nur das: Der Einschlag am lunaren Südpol könnte vielleicht sogar der Auslöser des lunaren Vulkanismus und der Bildung der Mare gewesen sein. „Unter allen plausiblen Bedingungen jener Zeit wurden durch dieses Ereignis auch hitzeerzeugende Elemente auf der Mondvorderseite konzentriert“, sagt Jones. Diese Kombination von verstärkter Mantelkonvektion und radioaktiver Aufheizung könnte den oberen Mondmantel der Vorderseite hunderte Millionen Jahre lang aufgeheizt haben.

Als Folge konnte heißes Magma an der Mondvorderseite aufsteigen und gewaltige Eruptionen auslösen. „Die ersten Marebasalte der uns zugewandten Mondseite brachen rund 200 Millionen Jahre nach dem Einschlag aus, etwa 500 bis 700 Millionen Jahre später folgte dann die intensivste Phase des Mare-Vulkanismus“, berichtet das Team.

Ein Einschlag – viele Folgen

Nach Ansicht der Wissenschaftler belegen diese Rekonstruktionen, dass das Südpol-Aitken-Becken und die geochemischen Anomalien des KREEP-Terrains auf der Mond-Vorderseite eng verknüpft sind. Beide könnten durch dasselbe Ereignis entstanden sein – den Einschlag eines gewaltigen Asteroiden. Dieser veränderte die Strömungen im Mondinneren so stark und anhaltend, dass dies auch die weitere Entwicklung der Mondoberfläche prägte.

„Wie das KREEP-Terrain entstand, ist sicher eine der bedeutsamsten offenen Fragen der Mondforschung“, sagt Jones. „Und der Einschlag, der das Südpol-Aitken-Becken schuf, ist eines der bedeutsamsten Ereignisse der Mondgeschichte. Unsere Arbeit bringt nun beides zusammen und liefert ziemlich spannende Ergebnisse.“ (Science Advances, 2022; doi: 10.1126/sciadv.abm8475)

Quelle: Brown University

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