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Planet mit Isolierdecke

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 23.06.2009 11:39

Der Mars ist der Planet mit den höchsten Bergen im Sonnensystem. Gigantischer 26 Kilometer ragt Olympus Mons auf, aufgebaut durch die unvorstellbare Gewalt von Vulkanausbrüchen vor rund drei Milliarden Jahren. Lange dachten die Planetologen, dass Mars nach dieser gewalttätigen Jugend so schnell so stark ausgekühlt sei, dass sich an seiner Oberfläche schon seit Milliarden Jahren nichts mehr gerührt habe. Allerdings haben die jüngst den Mars umkreisenden Raumsonden wie die europäische MarsExpress Bilder geliefert, dass gerade die Riesenvulkane auch in jüngerer Zeit noch tätig waren. Wissenschaftler rätselten seither, wie der tote Rote Planet das schafft. Zwei deutsche Planetologinnen liefern jetzt eine Erklärung.

Als der Mars jung war, förderten die Vulkanfelder der Tharsis- und der Elysium-Region, die sich in der Nähe des Äquators befinden,  ungeheure Mengen flüssigen Gesteins an die Oberfläche. Sie führten die ungeheure Hitze aus dem Planeteninneren nach außen ab. Je stärker der Rote Planet jedoch auskühlte, umso ruhiger wurden die Vulkanfelder. Trotzdem hat es in den vergangenen drei Milliarden Jahren noch sporadische Vulkanausbrüche gegeben. „Vor einer Milliarde Jahren und vor 200 Millionen Jahren“, erklärt Professor Doris Breuer, Abteilungsleiterin Planetenphysik im Institut für Planetologie des Deutschen Zentrums für Luft- und Raumfahrt DLR in Berlin-Adlershof. Die jüngsten, so legen Aufnahmen der europäischen MarsExpress-Sonde nahe, könnten sich vor gerade einmal ein oder zwei Millionen Jahren abgespielt haben. „Man hat sich gewundert, wie das geschehen konnte“, so Breuer

 Olympus Mons, Abhang






Olympus Mons ist der höchste Berg des Sonnensystems. Foto: Esa

Eine Antwort liefert jetzt die Münsteraner Planetologin Sandra Schumacher in ihrer Dissertation. In den Geophysical Research Letters hat sie sie zusammen mit Doris Breuer als Aufsatz publiziert: die stark verdickte Kruste der Tharsisregion wie eine Isolierdecke über dem weiterhin relativ heißen Mantel wirkt. Direkt unter den stärksten Vulkanen steigt die Temperatur im Laufe der Zeit immer weiter an, bis der Schmelzpunkt des Gesteins überschritten ist und es als Magma aufzusteigen beginnt. Für diese Hypothese, das zeigen Modellierungen, die Schumacher und Breuer durchgeführt haben, ist die normale Hitze des Mantels ausreichend. Sie speist sich wie bei der Erde aus dem noch heißen Marskern und dem radioaktiven Zerfall in den Mantelgesteinen.

Anders als in bisherigen Modellen nehmen die beiden deutschen Forscherinnen allerdings an, dass die Marskruste eine geringere Wärmeleitfähigkeit hat als der darunter liegende Mantel und daher einen großen Teil der Energie unter ihrem Deckel hält. „Es ist sehr wahrscheinlich, dass in den Vulkanfeldern die Kruste aus Basalten und Andesiten besteht“, so Breuer, „und die haben eine geringere Wärmeleitfähigkeit als man in den Modellen ansetzt.“ Die gehen von einem einheitlichen Wärmeleitwert für Mantel und Kruste aus, so dass die Wärme gleichmäßig an die Oberfläche geführt wird.


In Schumachers Modell aber spielt die Kruste eine entscheidende Rolle, obwohl sie so dünn ist. „Deshalb hat bisher niemand auf die Kruste geachtet“, erklärt die Münsteranerin. Unter den Marsvulkanen kann die sonst nur zehn bis 20 Kilometer messende Außenhaut des Planeten jedoch zwischen 75 und 100 Kilometer dick werden. Und diese Dicke zusammen mit der geringeren Wärmeleitfähigkeit macht bei den viele Hundert Quadratkilometer ausgedehnten Vulkanfeldern den Unterschied. Wenn diese Isolierdecke nämlich nur groß genug ist, kann in rund 250 Kilometern Tiefe ein Magmaherd entstehen, der die Vulkanausbrüche der jüngeren Zeit gespeist hat. Das Problem ist allerdings, wie es das heiße Material aus dieser Tiefe bis an die Oberfläche geschafft hat. „Möglicherweise hat es noch alte Förderschlote gegeben, die dann aktiviert wurden“, vermutet Schumacher. Genau wissen kann man das nicht, da das Gros unserer Informationen über den Roten Planeten aus Messdaten und Modellierungen herrührt.

 Olympus Mons, Kaldera

Das Geschehen etwa unterhalb der Kaldera von Olympus Mons kann nur modelliert werden. Foto: Esa

Schumacher und Breuer treten mit ihrem Vorschlag gegen ein Konkurrenzmodell an, das einen konstanten von der Kern-Mantelgrenze aufsteigenden Strom heißen und geschmolzenen Gesteins annimmt. Dieser Strom soll sich wie ein Schneidbrenner bis an die Planetenoberfläche durchbrennen und dort für die jüngeren Ausbrüche sorgen. Solche Plumes kennt man auch von der Erde, wo sie zum Beispiel die Hawaiianischen Vulkane speisen sollen. Allerdings ist sehr umstritten, ob der wesentlich kühlere Mars noch genügend Energie besitzt, um solche gigantischen Schneidbrenner über Milliarden von Jahren zu unterhalten. Die Auseinandersetzung wird vornehmlich über Modelle und Annahmen gehen, denn eine Untersuchung des Roten Planeten selbst wird es bis auf weiteres nicht geben. „Dafür bräuchte man ein seismisches Netz“, erklärt Doris Breuer, „mit dem man ins Planeteninnere blicken könnte.“

Ein solches Netz aus mindestens vier Seismometern müsste über die Planetenoberfläche verteilt werden und könnte mit Hilfe von Marsbeben Informationen über das Marsinnere gewinnen. Analog arbeiten Geophysiker auf der Erde, in deren Inneres sie ja schließlich auch nicht blicken können. Doch noch steht ein solches Netzwerk auf keinem der Missionspläne, die für die zukünftige Marsforschung geschmiedet wurden.

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