Seltener Granitkörper auf der Rückseite des Mondes entdeckt

Planetenforscher haben einen riesigen Granitbrocken entdeckt, der auf der Rückseite des Mondes vergraben ist. Ein Forschungsteam analysierte Messungen einer multinationalen Reihe von Mondmissionen und stellte fest, dass der Granit, der sich unter der Compton-Belkovich-Region im Mondhochland befindet, wahrscheinlich dazu führte, dass die Stelle ungewöhnlich heiß war.

Wie der Granit dort entstand, ist jedoch ein Rätsel. „Alle Lehrmethoden zur Herstellung von Granit beinhalten diese Prozesse, die nur auf der Erde stattfinden“, sagte Matt Siegler, ein Planetenwissenschaftler am Planetary Science Institute in Tucson, Arizona, und leitender Forscher der Entdeckung. „Wie stellt man diesen Prozess wieder her?“

Auf der Erde entsteht Granit durch teilweises Schmelzen der Lithosphäre. Magma, das aus dem Erdmantel ausbrach und auf der Erdoberfläche abkühlte, besteht lediglich aus Basalt. Wenn basaltreiche Krustenplatten entlang der Kante einer tektonischen Platte abgezogen werden, bewirken Druck und Hitze, dass das Gestein Wasser freisetzt, was den Schmelzpunkt der darüber liegenden Lithosphäre senkt. Was schließlich in der Nähe der Oberfläche zum Vorschein kommt, ist siliziumhaltiger Granit, der mit Thorium und Uran angereichert ist.

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Der Prozess der Granitherstellung auf der Erde hängt stark von den Recyclingeigenschaften der Plattentektonik und reichlich Wasser ab. Beide sind im gesamten Sonnensystem selten und daher auch Granit. Selten, aber nicht unmöglich.

Die Forscher hatten nicht damit gerechnet, auf der Rückseite des Mondes Hinweise auf Granit zu finden. Sie haben nicht einmal danach gesucht.

Auf dem Mond seien etwa zehn quarzreiche Strukturen bekannt, sagte Siegler. „Sie sind ziemlich selten, während 16 % der Mondoberfläche mit Basalt bedeckt sind.“ Apollo-12-Astronauten entdeckten eine kleine Anzahl Granitkörner auf der Vorderseite des Mondes in der Procellarum-Region, und Planetenforscher haben immer noch Schwierigkeiten, den Ursprung der Körner zu verstehen.

Daher erwarteten die Forscher nicht, auf der Rückseite des Mondes Hinweise auf Granit zu finden. Sie haben nicht einmal danach gesucht.

Sie versuchten zunächst, den Ursprung der seltsam hohen Thoriumkonzentrationen an einem kleinen Ort auf der anderen Seite zu verstehen, erklärte Co-Autor Jianqing Feng, Planetenwissenschaftler am Planetary Science Institute und Experte für Fernerkundung. Die Compton-Belkovich-Anomalie weist die höchsten Thoriumkonzentrationen auf dem Mond auf und ist zudem viel heißer als das umliegende Mondhochland. Die Temperatur innerhalb des Mikrowellenbandes sei höher als irgendwo auf dem gleichen Breitengrad, sagte Feng.

Um unter die Oberfläche dieser Anomalie zu blicken, sammelte das Team neue Mikrowellendaten von Instrumenten an Bord der chinesischen Mondorbiter Chang'e-1 und Chang'e-2 und des Lunar Reconnaissance Orbiter der NASA sowie frühere Daten des indischen Chandrayaan-1 und die NASA-Missionen Lunar Prospector, Gravity Recovery and Interior Laboratory (GRAIL) und Apollo. Die kombinierten Fernerkundungsdaten dieser Missionen halfen dem Team, die Temperatur um und unter Compton-Belkovich genau zu kartieren.

Die Daten ergaben, dass der Ort etwa 20-mal heißer ist als das umliegende Hochland. Die geochemischen Modelle des Teams deuten darauf hin, dass die Temperaturanomalie durch ein großes Granitsystem – einen Batholithen mit einem Durchmesser von etwa 50 Kilometern und einer Tiefe von 20 Kilometern – verursacht wird, der den Boden von unten erwärmt.

Sein Volumen ähnelt wahrscheinlich terrestrischen Batholithen wie dem Altiplano-Puna-Magmakörper der Anden. Das Modell der Forscher schätzte den Batholithen als zwei Ellipsoide ein, aber in Wirklichkeit könnte es mehrere kleinere Kammern und Schweller geben, die miteinander verwoben sind, leere Überreste der vulkanischen Vergangenheit der Region.

Die Entdeckung wurde in Nature veröffentlicht und im Juli auf der Goldschmidt-Konferenz 2023 in Lyon, Frankreich, vorgestellt.

„Dieser neue Fund einer großen Granitmasse auf dem Mond ist unglaublich interessant“, sagte Stephen Elardo, Planetengeochemiker an der University of Florida in Gainesville, in einer Erklärung zu der Entdeckung. „Überall auf der Erde gibt es Tonnen von Granit unterschiedlicher Geschmacksrichtungen. … Aber geologisch gesehen ist es ziemlich schwierig, Granit ohne Wasser und Plattentektonik herzustellen, weshalb wir diese Art von Gestein auf anderen Planeten wirklich nicht sehen.“

Diese Entdeckung wird „von enormer Bedeutung dafür sein, wie wir über das Innenleben anderer Gesteinskörper im Sonnensystem denken.“

Elardo, der nicht an dieser Forschung beteiligt war, fügte hinzu, dass das Verständnis dieser Entdeckung „von enormer Bedeutung dafür sein wird, wie wir über die inneren Abläufe anderer Gesteinskörper im Sonnensystem denken.“

Bisher war Mondgranit nur in geringen Mengen auf der marienreichen Vorderseite zu sehen, und es wird vermutet, dass er sich auf Wegen entwickelt hat, die auf der Erde weniger üblich sind, etwa durch schnelles Schmelzen bei einem großen Einschlag. In der Region Compton-Belkovich gibt es keine Anzeichen für ein solches Ereignis.

„Vielleicht befand sich unter dieser Struktur ein Mantelplume, der dieses Gebiet Millionen von Jahren lang immer wieder verbrannte“, mutmaßte Siegler. „Oder vielleicht erhitzt es sich, sobald man genug Uran und Thorium konzentriert hat, und schmilzt wieder ein, fast wie ein natürlicher Kernreaktor. Oder vielleicht war diese kleine Mondtasche besonders nass, sodass es hier nicht so heiß werden musste“, um Granit zu erzeugen.

Die Forscher schlugen mehrere Theorien vor, um die Entstehung dieses granitischen Batholithen zu erklären, und sie hoffen, dass dieses ungelöste Rätsel andere dazu ermutigen wird, nach ähnlichen Merkmalen unter den zahlreichen Thoriumanomalien des Mondes zu suchen.

Auf der gegenüberliegenden Seite „gibt es beispielsweise einen anderen Ort namens Wolfskrater“, sagte Feng. „Es ist ein noch größerer Ort mit thermischen Anomalien, und vielleicht gibt es einen größeren Granitkörper als Compton-Belkovich.“ Die Entdeckung weiterer Granitkörper auf dem Mond würde Planetenforschern und Geochemikern helfen, besser zu verstehen, wie sie entstanden sind.

– Kimberly MS Cartier (@AstroKimCartier), Mitarbeiterautorin

Korrektur, 16. August 2023: Die Beschreibung der Compton-Belkovich-Temperaturanomalie wurde aktualisiert.