Von Chang’e-5 zurückgegebene Mondproben sprechen von Vulkanismus in jüngster Zeit

Chang’e-5 war ein wichtiger Durchbruch für Chinas Mondprogramm, da es die erste Mission des Landes war, die Proben zur Erde zurückbrachte. Jetzt liegen die Ergebnisse der Datierung der Proben vor, und es ist klar, dass die Ablagerungen zwar alt, aber jung genug sind, um ein wenig seltsam zu sein.

Zum Mond und zurück

China hat nun im Rahmen eines größeren Explorationsprogramms erfolgreich mehrere Sonden und Rover auf der Mondoberfläche gelandet. Chang’e 5 war der nächste Schritt, da es ein Bohrgerät hatte, um Proben aus dem Untergrund zu entnehmen, und ein Rücktransportfahrzeug, das sie zur Erde zurückbringen konnte. Das Raumschiff erfolgreich gelandet vor fast zwei Jahren und ein paar Wochen später kam er zurück etwa 2 Kilogramm Gestein vom Mond zur Erde.

China profitiert von jahrzehntelangem Wissen aus den Apollo-Missionen sowie einem besseren theoretischen Verständnis der Mondentstehung. Und er wählte den Landeplatz Chang’e 5 sorgfältig aus, eine große vulkanische Lagerstätte namens Oceanus Procellarum, die als eine der jüngsten Gebiete auf der Mondoberfläche gilt. Aber „jünger“ deckt viel Raum ab, da Schätzungen auf der Grundlage der Anzahl der Krater von 3,2 Milliarden Jahren bis hin zu 1,2 Milliarden Jahren reichten.

Das Festlegen eines bestimmten Alters für die Einzahlung würde eine Reihe von Vorteilen bieten. Der Mond stellt zunächst eine „Uhr“ für den Krater unseres gesamten Sonnensystems dar. Dies ist der einzige Ort, an dem wir die Anzahl der Krater mit dem Alter aus Gesteinsproben abgleichen können; Wir verwenden diese Zahlen dann, um das Alter anderer Körper anhand ihrer Kraterzahl zu bestimmen. Der Datumsbereich des Landeplatzes Chang’e 5 umfasst Zeiträume, für die wir keine Daten zum radioaktiven Zerfall haben.

Darüber hinaus kann uns das Verständnis, wann der Mond vulkanisch aktiv war, um große Ablagerungen wie Oceanus Procellarum zu produzieren, helfen, genauere Modelle der Entstehung und Entwicklung des Mondes zu erstellen. Vulkanische Aktivität erfordert Wärme, und diese Wärme kommt von einer Kombination aus der Bildung des Körpers und seiner Zusammensetzung, die radioaktive Isotope enthält, die zusätzliche Wärme erzeugen.

Markierungszeit

Die für die neue Studie verwendeten Proben waren bemerkenswert klein: zwei Würfel mit einem Durchmesser von jeweils etwa drei bis vier Millimetern. Doch dieses kleine Volumen enthielt eine bemerkenswerte Mischung von Mineralien (Klinopyroxen, Plagioklas, Olivin, Quarz, Cristobalit und Ilmenit erscheinen alle). Die Gesamtzusammensetzung stimmt jedoch mit anderen vulkanischen Ablagerungen auf dem Mond überein, und die meisten Unterschiede zwischen den beiden Proben sind auf ihre Abkühlungsgeschwindigkeit zurückzuführen.

Das Forschungsteam, das eine große internationale Kollaboration repräsentiert, verwendete Bleiisotope, um die Daten mehrerer Fundstellen innerhalb jeder Probe abzuschätzen. (Vulkanische Gesteine ​​enthalten oft Material, das zu unterschiedlichen Zeiten erstarrt ist und daher verschiedene Altersstufen aufweisen kann.) Die Ergebnisse zeigen, dass eine der Proben 1,893 ± 0,280 Milliarden Jahre alt und 1,966 ± 0,059 Milliarden Jahre alt war. Die Kombination aller Daten aus den beiden Stichproben ergibt ein Alter von 1,963 ± 0,059 Milliarden Jahren.

Glücklicherweise überschneiden sich alle Bereiche der Unsicherheit. Und obwohl die radioaktive Datierung durch bestimmte Faktoren verzerrt werden kann, gibt es keinen Hinweis darauf, dass diese Faktoren hier eine Rolle spielen. Es gibt keine Anzeichen für eine Kontamination durch andere Materialien, die an der Eruptionsstelle vorhanden sind oder durch Einschläge in der Nähe entstanden sind.

Die Gesamtzusammensetzung stimmte gut mit der Fernerkundung überein, die sowohl aus dem Orbit als auch durch das von China gelandete Material durchgeführt wurde. Insgesamt stützen die Beweise also, dass der gesamte Oceanus Procellarum wahrscheinlich vor etwa zwei Milliarden Jahren abgelagert worden wäre.

Auswirkungen

In Bezug auf die Krateruhr des Sonnensystems schließt das neue Oceanus Procellarum-Datum einige vorgeschlagene Zeitlinien aus, da sie seit ihrer Entstehung weniger Einschläge anzeigt, als diese Zeitlinien vorhergesagt hätten. Andere Modelle stimmen jedoch mit dem Datum überein, sodass die Daten keine größeren Überarbeitungen erfordern.

Die größte Überraschung besteht darin, die Entwicklung des Mondes zu erklären. Das Alter „impliziert, dass fast 2.000 Kubikkilometer basaltisches Magma in der Nähe des Landeplatzes fast eine Milliarde Jahre später ausgebrochen sind als die Platzierung jedes zuvor gemessenen Mondbasalts.“ Während diese Daten die gesamte Lagerstätte repräsentieren, hatte der Mond mehr aktiven Vulkanismus, als man sonst erwarten würde.

In anderen Regionen des Mondes werden jüngere vulkanische Ablagerungen mit Elementen wie Kalium und Thorium in Verbindung gebracht, die durch radioaktiven Zerfall Wärme liefern. Das Vorhandensein dieser Elemente schien darauf hinzuweisen, da es darauf hindeuten könnte, dass eine höhere Radioaktivität die erforderliche Wärme lieferte, um die Dinge später geschmolzen zu halten. Proben von Chang’e 5 enthalten auch höhere Konzentrationen dieser radioaktiven Elemente, aber nicht höher als andere vulkanische Ablagerungen, so dass die Vorstellung, dass es eine lineare Beziehung zwischen Radioaktivität und dem Alter des Vulkanismus gibt, nicht hält.

Wir haben also noch einiges an Unsicherheit darüber, wie der Mond es geschafft hat, so spät in seiner Geschichte solch großflächigen Eruptionen standzuhalten. Eruptionen in kleinerem Maßstab traten später eindeutig auf, verursacht durch lokale Variationen in Bereichen, in denen heißes Material eingeschlossen war. Es ist jedoch nicht klar, ob diese Prozesse so etwas wie Ausbrüche von Oceanus Procellarum unterstützen könnten.

Wissenschaft, 2021. DOI: 10.1126 / science.abl7957 (Über DOIs).