Venus, unser planetarer Nachbar, weist auf ihrer Oberfläche seltsame geologische Formationen in Form von Kronen auf, die Wissenschaftler seit Jahrzehnten faszinieren. Diese kreisförmigen Strukturen, genannt Coronae, übersäen die venusianische Landschaft und könnten dank einer neuen Studie, die die Geheimnisse des Planeteninneren erforscht, endlich ihre Geheimnisse preisgeben.
Die Coronae der Venus zeigen eine große Vielfalt an Größen und Merkmalen, mit mehr als 700 identifizierten Strukturen auf der gesamten Oberfläche. Im Gegensatz zur Erde, wo die Kruste in bewegliche tektonische Platten zerbrochen ist, besitzt Venus eine durchgehende und starre äußere Hülle. Dieser grundlegende Unterschied macht den Ursprung dieser Kronen umso rätselhafter, der mit tiefen Bewegungen im Mantel des Planeten zusammenhängen könnte. Forscher haben lange die Hypothese aufgestellt, dass Mantel-Plumes – Säulen aus heißem Material, die aus der Tiefe aufsteigen – der Ursprung dieser Formationen sein könnten.
Globale Ansicht der Venusoberfläche zentriert auf 180 Grad östlicher Länge. Die Radarmosaike von Magellan sind auf einen simulierten Globus projiziert.
Bildnachweis: NASA/JPL-Caltech Die in
PNAS veröffentlichte Studie enthüllt die Existenz einer unsichtbaren Barriere in etwa 600 Kilometern Tiefe, die Wissenschaftler mit einer "Glasdecke" vergleichen. Diese Grenzschicht trennt die oberen und unteren Schichten des venusianischen Mantels und verhindert, dass die meisten heißen Plumes bis zur Oberfläche aufsteigen können. Nur die stärksten schaffen es, dieses Hindernis zu überwinden und die beobachteten großen Vulkane zu bilden, während schwächere Plumes seitlich abgelenkt werden und sich unter dieser Barriere ausbreiten, wodurch sie einen Wärmespeicher bilden.
Die von dem Team entwickelten Computermodelle zeigen, wie "Tropfen" aus kaltem Gestein von der Basis der venusianischen Kruste eine Kettenreaktion auslösen können, indem sie in den wärmeren Mantel absinken. Dieser Prozess erzeugt Taschen aus heißem Material, die zur Oberfläche aufsteigen und so die Vielfalt der beobachteten Coronae bilden. Madeleine Kerr, Doktorandin an der Universität von San Diego, betont, dass diese Entdeckung der Schlüssel zum Verständnis des Ursprungs dieser mysteriösen geologischen Strukturen sein könnte.
David Stegman, Professor für Geowissenschaften und Mitautor der Studie, vergleicht den aktuellen Wissensstand über Venus mit der Zeit vor der Theorie der Plattentektonik in den 1960er Jahren. Die Forscher schätzen, dass dieser Mechanismus funktioniert, wenn der Mantel der Venus 250 bis 400 Kelvin wärmer ist als der der Erde, aber die Dauer dieses thermischen Zustands bleibt ungewiss. Zukünftige dreidimensionale Studien, die das Schmelzen von Gestein und verschiedene Mantelzusammensetzungen integrieren, werden notwendig sein, um diese Modelle zu verfeinern.
Die dunkelgrün markierten Coronae übersäen die Venusoberfläche zwischen größeren und höheren Erhebungen, die orange markiert sind.
Bildnachweis: Venus Quickmaps/UC San Diego Diese Forschung eröffnet neue Perspektiven für das Verständnis, wie die innere Hitze der Venus ihre Oberfläche formt. Die Wechselwirkungen zwischen Mantel-Plumes, der tiefen Barriere und der stagnierenden Kruste könnten nicht nur die Coronae erklären, sondern auch die vulkanische Aktivität und die gesamte geologische Entwicklung dieses oft als "höllischer Zwilling" der Erde bezeichneten Planeten.
Der planetare Mantel und seine Bewegungen
Der Mantel ist die Zwischenschicht zwischen dem Kern und der Kruste eines Planeten, bestehend aus festem Gestein, das sich auf geologischen Zeitskalen jedoch sehr langsam verformen kann. Auf Venus erstreckt sich diese Schicht über etwa 3.000 Kilometer Dicke und ist der Sitz von Konvektionsbewegungen, bei denen heißes Material aufsteigt und kaltes absinkt.
Diese Bewegungen werden durch die innere Wärme aus dem radioaktiven Zerfall von Elementen und der Restwärme der Planetenentstehung angetrieben. Die Mantelkonvektion ist ein wesentlicher Motor der geologischen Aktivität, aber auf Venus findet sie aufgrund der Abwesenheit von Plattentektonik anders statt als auf der Erde.
Die hohe Viskosität der Gesteine im venusianischen Mantel und die extremen Temperaturbedingungen verändern die Dynamik dieser Strömungen. Mantel-Plumes, die schmale Säulen aus ungewöhnlich heißem Material sind, spielen eine besondere Rolle beim Wärmetransport zur Oberfläche.
Das Verständnis dieser Prozesse hilft zu erklären, warum Venus, obwohl sie in der Größe der Erde ähnelt, eine so deutliche Geologie mit ihren weiten vulkanischen Ebenen und einzigartigen Coronae aufweist.
Quelle: PNAS