Beijing SHRIMP Center, Institut für Geologie, CAGS
Chang’e-5 stellte einen großen Schritt nach vorn für Chinas Mondprogramm dar, 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 bisschen 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 stellte den nächsten Schritt dar, da es einen Bohrer hatte, um unterirdische Proben zu erhalten, und ein Rücktransportfahrzeug, das sie zur Erde zurückbringen konnte. Die Raumsonde landete vor fast zwei Jahren erfolgreich und brachte wenige Wochen später etwa 2 Kilogramm Gestein vom Mond auf die Erde zurück.
China profitiert von jahrzehntelangem Wissen, das seit den Apollo-Missionen gewonnen wurde, zusammen mit einem besseren theoretischen Verständnis der Mondentstehung. Und es wählte sorgfältig den Landeplatz von Chang’e 5 aus, eine große vulkanische Lagerstätte namens Oceanus Procellarum, die als eine der jüngeren Gebiete der Mondoberfläche gilt. Aber “jünger” deckt viel Boden ab, da Schätzungen auf der Grundlage der Kraterzahl von 3,2 Milliarden Jahren bis hin zu 1,2 Milliarden Jahren reichten.
Ein genaues Alter für die Einzahlung zu erhalten, würde eine Reihe von Vorteilen bieten. Zunächst stellt der Mond eine “Uhr” für die Kraterbildung unseres gesamten Sonnensystems dar. Es ist der einzige Ort, an dem wir die Kraterzahlen mit dem Alter abgleichen können, das aus Gesteinsproben gewonnen wurde; Wir verwenden diese Zahlen dann, um anderen Körpern anhand ihrer Kraterzahlen das Alter zuzuweisen. Der Datumsbereich für den Landeplatz der 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 den 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 Körperbildung 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 je etwa drei bis vier Millimetern pro Seite. Doch dieses winzige Volumen enthielt eine bemerkenswerte Mischung von Mineralien (Klinopyroxen, Plagioklas, Olivin, Quarz, Cristobalit und Ilmenit erscheinen alle). Die Massenzusammensetzung stimmt jedoch mit anderen vulkanischen Ablagerungen auf dem Mond überein, und die meisten Unterschiede zwischen den beiden Proben sind auf die Abkühlungsgeschwindigkeit zurückzuführen.
Das Forschungsteam, das eine große internationale Kollaboration repräsentiert, verwendet Bleiisotope, um die Daten für mehrere Standorte innerhalb jeder Probe zu schätzen. (Vulkanische Gesteine enthalten oft Materialien, die zu verschiedenen Zeitpunkten erstarrt sind und daher verschiedene Altersstufen aufweisen können.) 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 beiden Stichproben ergibt ein Alter von 1,963 ± 0,059 Milliarden Jahren.
Erfreulicherweise überschneiden sich alle Unsicherheitsbereiche. Und obwohl die radioaktive Datierung durch einige Faktoren verzerrt werden kann, gibt es keinen Hinweis darauf, dass diese Faktoren hier eine Rolle spielen. Es gibt keine Anzeichen für eine Kontamination durch anderes Material, weder an der Eruptionsstelle noch durch nahegelegene Einschläge.
Die Gesamtzusammensetzung stimmte gut mit der Fernerkundung überein, die sowohl aus dem Orbit als auch durch die von China gelandete Hardware durchgeführt wurde. Insgesamt argumentieren die Beweise, dass der gesamte Oceanus Procellarum wahrscheinlich vor etwa zwei Milliarden Jahren abgelagert wurde.
Auswirkungen
Wenn es um die Krateruhr des Sonnensystems geht, schließt das neue Datum für das Oceanus Procellarum einige vorgeschlagene Chronologien aus, da es weniger Einschläge seit seiner Entstehung anzeigt, als diese Chronologien vorhergesagt hätten. Andere Modelle stimmen jedoch mit dem Datum überein, sodass die Daten keine größeren Überarbeitungen erfordern.
Die größere Überraschung liegt in der Erklärung der Entwicklung des Mondes. Das Alter “impliziert, dass fast 2.000 Kubikkilometer basaltisches Magma in der Nähe der Landestelle fast 1 Milliarde Jahre später ausgebrochen sind als die Einlagerung aller zuvor gemessenen Mondbasalte”. Wenn diese Daten die gesamte Lagerstätte repräsentieren, hatte der Mond einen aktiveren Vulkanismus, als wir sonst erwarten würden.
In anderen Bereichen 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. Die von Chang’e 5 gewonnenen Proben 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 haltbar ist.
Wir haben daher eine ziemliche Unsicherheit darüber, wie der Mond es geschafft hat, so spät in seiner Geschichte so großflächige Eruptionen zu unterstützen. Kleinere Eruptionen setzten sich eindeutig später fort, verursacht durch lokale Variationen in Bereichen, in denen heißes Material eingeschlossen war. Es ist jedoch nicht klar, ob diese Prozesse so etwas wie die Oceanus Procellarum-Eruptionen unterstützen könnten.
Wissenschaft, 2021. DOI: 10.1126/science.abl7957 (Über DOIs).