Spurensuche im Lavameer des Mondes wirft neue Fragen auf

Einige Zeit, nachdem das Sonnensystem vor etwa 4,6 Milliarden Jahren entstanden ist, schlug ein Objekt in den jungen Mond ein. Der Krater des gewaltigen Einschlags ist noch heute erkennbar, das knapp 1.000 Kilometer breite Crisium-Becken. Wann genau das geschehen ist, weiß niemand so recht. Schon seit Jahrzehnten versuchen Forscher, dieses Rätsel zu lösen, das Teil einer größeren Debatte darüber ist, ob Mond und Erde in ihrer frühen Geschichte eine Phase häufiger Asteroideneinschläge durchlebten.

Nun haben Wissenschaftler in der Region des Crisium-Beckens einen Krater entdeckt, der besonders gut erhaltene Einschlagsschmelze aufweist. Diese Art von Gestein kann Forschern als genaue geologische Uhr dienen. Wenn künftige Astronauten oder Roboter eine Probe des Gesteins nehmen und sein Alter bestimmen könnten, ließe sich vielleicht herausfinden, was auf der jungen Erde vor sich ging, als erstmals Leben auf unserem Planeten entstand.

Das Becken hält aber noch eine andere mysteriöse Überraschung bereit: Forscher entdeckten dort eine etwa 177 Quadratkilometer große Wölbung, die bisher einzigartig im Sonnensystem ist. Wie das Team in einer Studie berichtet, die im „Journal of Geophysical Research: Planets“ erscheinen wird, scheint die Wölbung durch unterirdische magmatische Aktivität entstanden und aufgebrochen worden zu sein. Bislang können Forscher diese Aktivität noch nicht erklären.

„Das bringt mich wirklich ziemlich aus dem Konzept“, sagt Clive Neal, ein Experte für Mondgeologie an der University of Notre Dame in Indiana, der an der Studie nicht beteiligt war.

Datierung einer Apokalypse

Belege für Asteroideneinschläge auf der Erde sind vergleichsweise rar, da Erosion und die stete Aktivität der Plattentektonik sie im Laufe der Zeit auslöschen. Im Gegensatz dazu bewahrt der luftlose und tektonisch inaktive Mond die Spuren solcher Einschläge über Milliarden von Jahren. Teils schichten sich mehrere Krater aus verschiedenen Perioden übereinander. Damit dient unser natürlicher Satellit indirekt als eine Art Archiv der vergangenen Einschlagphasen unseres Planeten.

Für Forscher ist aus gutem Grund wichtig, was vor so langer Zeit auf der Erde geschah. Die Antworten auf diese Frage könnten Hinweise auf den Ursprung des Lebens liefern. Derzeit wird noch über das Alter der ältesten bekannten Fossilien debattiert, aber die Vorschläge reichen von 3,5 bis 4,28 Milliarden Jahre. Ein auffälliger Zufall: Erkenntnisse aus der lunaren Forschung deuten darauf hin, dass die Erde genau zu jener Zeit von den Gesteinsresten aus der Entstehungszeit des Sonnensystems bombardiert wurde.

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Die Apollo-Missionen und mehrere sowjetische Lander brachten Proben aus diversen Mondbecken und Kratern zurück zur Erde, mit deren Hilfe Forscher die verschiedenen Einschlagereignisse datierten. Viele der Proben waren zwischen 3,8 und 4 Milliarden Jahre alt. Anscheinend gab es zu jener Zeit also besonders viele Einschläge. Dieses etwa 200 Millionen Jahre große Fenster bezeichnen Forscher deshalb als das Große Bombardement.

In letzter Zeit wurden allerdings Zweifel über das Alter vieler dieser Becken laut. Die genaue Quelle zahlreicher lunarer Gesteinsproben ist unbekannt. Mittlerweile glauben viele Forscher, dass mehrere von ihnen aus anderen Becken herausgeschleudert wurden und in neuen Becken landeten, deren Alter damit falsch datiert wurde. Und falls es vor 3,9 Milliarden Jahren tatsächlich vermehrt zu Einschlägen kam, wie es die Proben der Apollo-Missionen vermuten lassen, ließe sich nur schwer erklären, warum die fast 700 Millionen Jahre nach der Entstehung des Sonnensystems vergleichsweise ruhig waren.

„In Anbetracht der Tatsache, dass die Theorie des Großen Bombardements auf zunehmend wackligen Beinen steht, ist es umso wichtiger, dass wir herausfinden, ob diese großen Einschläge auf dem Mond aus dieser Zeit stammen“, sagt Paul Byrne. Der Planetenwissenschaftler der North Carolina State University war an der jüngsten Studie nicht beteiligt.

Nur ein einziges Mondbecken, das Imbrium, gilt gemeinhin als verlässlich datiert und ist etwa 3,9 Milliarden Jahre alt, sagt Bill Bottke, der ebenfalls nicht an der Studie mitgewirkt hat. Der Planetenwissenschaftler arbeitet am Southwest Research Institute in Boulder, Colorado. Um herauszufinden, ob der mutmaßliche Aktivitätshöhepunkt wirklich stattgefunden hat, muss das Alter der Becken anhand ihrer Einschlagsschmelze datiert werden. Und an dieser Stelle kommt das Crisium-Becken ins Spiel.

Spurensuche im Lavameer

Ein Jahr vor seinem Tod veröffentlichte der bekannte Mondforscher Paul Spudis eine Studie, der zufolge im Crisium-Becken noch Reste seiner ursprünglichen Einschlagsschmelze vorhanden sein sollen. Dan Moriarty, ein Mondgeologe am Goddard Space Flight Center der NASA, und seine Kollegen beschlossen daher, diese Reste mit Hilfe der Daten aus Mondorbitern zu finden. Da sie davon ausgingen, dass die reinste Einschlagsschmelze reich an Magnesium sein müsste, suchten sie das Becken nach dessen spezifischer Spektralsignatur ab.

Der Einschlag, der das Crisium-Becken formte, war so gewaltig, dass er eine 15 Kilometer dicke Schicht aus geschmolzenem Material produzierte. Zum großen Pech der Forscher begannen vor etwa 3,6 Milliarden Jahren riesige Mengen Lava das Becken zu fluten. Die erkaltete Lava bildete schließlich das Mare Crisium, das einen Großteil des ursprünglichen Einschlagkraters bedeckt.

Eine Kartierung des Beckens offenbarte für die Forscher allerdings kleine Inseln der Hoffnung: felsige Erhöhungen namens Kīpukas, die aus der erkalteten Lava herausragten. Das Team vermutete, dass die ursprüngliche Einschlagsschmelze dort noch an der Oberfläche zu finden sein sollte.

Bei einer erneuten Untersuchung der Region stach ein Kīpuka besonders hervor. Die eingangs erwähnte Wölbung von der Größe Paderborns schien wie eine Eierschale aufgebrochen zu sein. Bei näherer Betrachtung offenbarte ein kleiner Krater auf dem Kīpuka, dass er aus erkaltetem Vulkangestein besteht.

Die beste Erklärung, die das Team finden konnte, war, dass der aufgebrochene Klumpen durch vulkanische Aktivität an der Oberfläche hochgedrückt worden war. Vorerst bleibt der Hügel ein Mysterium. Obwohl er auch Einschlagsschmelze enthält, ist das Gestein in einem schlechten Zustand, weshalb das Team nach einem besseren Ort suchen muss, um mehr über die Geschichte des Mondes zu erfahren.

Vielversprechender Yerkes-Krater

Zum Glück entdeckten sie eine weitere Magnesiumsignatur im 35 Kilometer breiten Yerkes-Krater, der sich im Crisium-Becken befindet. Der Einschlag war heftig genug, um einen Zentralberg zu formen, der durch die Rückfederung des Kraterbodens nach dem Impakt entsteht. Die Spektralanalyse deutet darauf hin, dass diese Erhebung reichlich Einschlagsschmelze vor der Lava bewahrt hat, die später den Kraterboden bedeckte.

Es besteht die Chance, dass diese Einschlagsschmelze von der Entstehung des Yerkes-Kraters stammt und nicht von dem größeren Einschlag, aus dem das Crisium-Becken hervorging, sagt Neal. Aber falls das Team Recht haben sollte, könnte eine Mission zum Yerkes-Krater uns das Alter eines zweiten Mondbeckens verraten. Wenn es – genau wie das Imbrium – 3,9 Milliarden Jahre alt sein sollte, stützt das die Theorie einer frühen Hochphase der Asteroiden- und Meteoriteneinschläge. Sollte es allerdings deutlich älter sein, deutet das darauf hin, dass die gewaltigen Einschläge sich über einen größeren Zeitraum verteilten.

In letzterem Fall wären nur einige Regionen der Erde, die gleichermaßen von den Einschlägen betroffen war, lebensfeindliche Brachen gewesen. Aber im Falle einer konzentrierten Einschlagphase wäre die Kruste des Planeten vollständig geschmolzen und hätte die Atmosphäre mit Silikatdämpfen angereichert, sagt Moriarty, ein Co-Autor der neuen Studie. Wenn das der Fall war, wäre es sehr bemerkenswert, dass sich auf der Erde überhaupt Leben entwickelt hat.

Die Ergebnisse der Untersuchung liefern zwar einige wertvolle Einblicke, aber bis zum nächsten Besuch der Mondbecken werden die frühen Tage des Sonnensystems wohl ein Rätsel bleiben.

Der Artikel wurde ursprünglich in englischer Sprache auf NationalGeographic.com veröffentlicht.