Im vergangenen Jahr haben Wissenschaftler einen weiteren Blick auf die seismischen Daten geworfen, die von den Experimenten der Apollo-Ära gesammelt wurden, und entdeckt, dass der untere Mantel des Mondes, der Teil nahe der Kern-Mantel-Grenze, teilweise geschmolzen ist (z.B. Apollo Data Retooled to Provide Precise Readings on Moon’s Core, Universe Today, Jan. 6, 2011). Ihre Ergebnisse deuten darauf hin, dass die untersten 150 km des Erdmantels zwischen 5 und 30 % flüssige Schmelze enthalten. Auf der Erde wäre dies genug Schmelze, um sich vom Festkörper zu lösen, aufzusteigen und an der Oberfläche auszubrechen. Wir wissen, dass es auf dem Mond in der Vergangenheit Vulkanismus gab. Warum also bricht diese Mondschmelze heute nicht an der Oberfläche aus? Neue experimentelle Studien an simulierten Mondproben könnten die Antworten liefern.
Man vermutet, dass die heutigen Mondmagmen im Vergleich zu den sie umgebenden Gesteinen zu dicht sind, um an die Oberfläche zu steigen. Wie Öl auf Wasser sind weniger dichte Magmen schwimmfähig und sickern über das feste Gestein nach oben. Ist das Magma jedoch zu dicht, bleibt es dort, wo es ist, oder sinkt sogar.
Motiviert durch diese Möglichkeit hat ein internationales Team von Wissenschaftlern unter der Leitung von Mirjam van Kan Parker von der VU-Universität Amsterdam die Beschaffenheit von Mondmagmen untersucht. Ihre Ergebnisse, die kürzlich in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht wurden, zeigen, dass Mondmagmen eine Reihe von Dichten aufweisen, die von ihrer Zusammensetzung abhängen.
Mirjam van Kan Parker und ihr Team haben geschmolzene Magmaproben gepresst und erhitzt und dann Röntgenabsorptionstechniken eingesetzt, um die Dichte des Materials bei verschiedenen Drücken und Temperaturen zu bestimmen. Für ihre Untersuchungen verwendeten sie simulierte Mondmaterialien, da Mondproben als zu wertvoll für solche zerstörerischen Analysen gelten. Ihre Simulanzien entsprachen der Zusammensetzung der grünen Vulkangläser von Apollo 15 (mit einem Titangehalt von 0,23 Gewichtsprozent) und der schwarzen Vulkangläser von Apollo 14 (mit einem Titangehalt von 16,4 Gewichtsprozent).
Proben dieser Simulanzien wurden Drücken von bis zu 1,7 GPa ausgesetzt (der Atmosphärendruck an der Erdoberfläche beträgt 101 kPa, was 20.000 Mal weniger ist als das, was in diesen Experimenten erreicht wurde). Der Druck im Inneren des Mondes ist jedoch noch höher und beträgt über 4,5 GPa. Daher wurden Computerberechnungen durchgeführt, um die experimentellen Ergebnisse zu extrapolieren.
Die kombinierte Arbeit zeigt, dass Magmen mit niedrigem Titangehalt (Apollo-15-Grüngläser) bei den Temperaturen und Drücken, die typischerweise im unteren Mondmantel herrschen, eine geringere Dichte haben als das umgebende feste Material. Das bedeutet, dass sie schwimmfähig sind, an die Oberfläche aufsteigen und ausbrechen sollten. Andererseits wurde festgestellt, dass Magmen mit hohem Titangehalt (Apollo-14-Schwarzgläser) eine Dichte aufweisen, die etwa gleich oder höher ist als die des sie umgebenden festen Materials. Es ist nicht zu erwarten, dass diese aufsteigen und ausbrechen.
Da es auf dem Mond keinen aktiven Vulkanismus gibt, muss die Schmelze, die sich derzeit am Boden des Mondmantels befindet, eine hohe Dichte haben. Und die Ergebnisse von Frau van Kan Parker deuten darauf hin, dass diese Schmelze aus Magmen mit hohem Titangehalt bestehen sollte, wie diejenigen, die die schwarzen Gläser von Apollo 14 gebildet haben.
Dieser Befund ist bedeutsam, weil man annimmt, dass sich Magmen mit hohem Titangehalt aus titanreichem Ausgangsgestein gebildet haben. Diese Gesteine sind der Bodensatz der Mondkruste, nachdem alle schwimmfähigen Plagioklasminerale (aus denen die Kruste besteht) in einem globalen Magmaozean nach oben gepresst wurden. Da diese titanhaltigen Gesteine sehr dicht sind, wären sie bei einer Umkippung schnell an die Kern-Mantel-Grenze gesunken. Eine solche Umkippung war bereits vor über 15 Jahren postuliert worden. Jetzt liefern diese aufregenden neuen Ergebnisse experimentelle Unterstützung für dieses Modell.
Diese dichten, titanreichen Gesteine dürften auch eine Menge radioaktiver Elemente enthalten, die dazu neigen, zurückzubleiben, wenn andere Elemente bevorzugt von Mineralkristallen aufgenommen werden. Die aus dem Zerfall dieser Elemente resultierende radioaktive Wärme könnte erklären, warum Teile des unteren Mondmantels noch heiß genug sind, um geschmolzen zu werden. Frau van Kan Parker und ihr Team spekulieren ferner, dass diese radiogene Wärme auch dazu beitragen könnte, dass der Mondkern auch heute noch teilweise geschmolzen ist!