ETH-Forscher finden unbekannte Vulkan-Strukturen 25.07.2020, 12:31 Uhr

Die Venus brodelt: Forscher entdecken „Feuergürtel“

Auffällige ringförmige Strukturen auf der Venus haben die Aufmerksamkeit der Planetenforscher geweckt. ETH-Forscher haben dank Computersimulationen eine überraschende Entdeckung gemacht.

Abbildung kreisrunde Berg im Vordergrund Corona in der Galindo-​Region der Venus

Der kreisrunde Berg im Vordergrund ist eine 500 Kilometer grosse Corona in der Galindo-​Region der Venus. Die dunklen Rechtecke sind ein Artefakt.

Foto: NASA/JPL/USGS

Forschende der ETH haben Aktivitäten auf der Oberfläche der Venus analysiert. Dabei entdeckten sie einen völlig unbekannten Feuergürtel. Die Venus ist der nächstgelegene planetarische Nachbar der Erde. Die Venus gilt als geologisch „tot“. Dass das wohl nicht stimmt, belegt eine neue Studie.

Eigenartige ringförmige Strukturen auf der Venus: Diese Entdeckung auf der Oberfläche des Nachbarplaneten beschäftigen Planetenforscher schon mehrere Jahre. Durch die Nasa-Mission „Magellan“ kamen die hochauflösenden Bilder der Venus zum Vorschein. Coronae, lat. Kronen, Einzahl Corona, nennen sich die ringförmigen Strukturen. ETH-Forscher haben mithilfe von Computermodellen ergründet, wie diese Anordnungen entstanden sein könnten. Denn die meisten Forscher gehen davon aus, dass aus dem Inneren der Venus sogenannte Mantelplumes aufsteigen, die sich an der Oberfläche des Planeten als kreisförmige Struktur zeigen. Doch die Ergebnisse an der ETH überraschen: Auf der Venus gibt es nämlich 37 kürzlich aktive Vulkane. Damit „schläft“ unser Nachbarplanet wohl doch nicht. Eine überraschende Erkenntnis.

+++Lesen Sie auch: Mond: Forscher machen überraschende Entdeckung auf der Oberfläche Erdtrabanten+++

Die Nasa-Sonde „Magellan“ hat Anfang der 1990er Jahre Bilder von der Venus zur Erde geschickt. Darauf sind die Coronae, eigenartige, ringförmige Strukturen zu erkennen. Planetenforscher gehen davon aus, dass sie entstehen, wenn Mantelplumes, also Säulen aus heißem, geschmolzenem Gestein, aus dem Innern der Venus aufsteigen. Forschende des Instituts für Geophysik der ETH Zürich und der University of Maryland in Baltimore um die Doktorandin Anna Gülcher haben daraufhin genauer hingesehen.

Das Magellan-Raumschiff kam 1990 auf der Venus an und erstellte die erste globale Karte der Oberfläche der Venus sowie globale Karten des Schwerefelds des Planeten. Die Mission lieferte überraschende Erkenntnisse über die Venus, einschließlich einer relativ jungen Planetenoberfläche, die möglicherweise durch Lavaströme aus planetweiten Vulkanausbrüchen gebildet wurde.

Im Oktober 1994 stürzte das Magellan-Raumschiff absichtlich auf die Oberfläche der Venus ab, um Daten über die Atmosphäre des Planeten zu sammeln, bevor es seinen Betrieb gänzlich einstellte. Es war das erste Mal, dass ein Absturz inszeniert wurde.

Was sind Mantelplumes?

Hierbei handelt es sich um Säulen aus heißem, geschmolzenen Gestein, das durch Konvektionsbewegungen im unteren Mantel bis zur Kruste gelangt. Der oberste Teil der Säule breitet sich pilzförmig aus. Dabei wird Hitze mitgeführt, was zur Folge hat, dass die darüberliegende Kruste kreisförmig schmilzt. Aufsteigendes Material aus der Tiefe der Venus weitet die Ringstruktur auf der Oberfläche weiter aus. Daraus entsteht eine Corona. (Achtung: Der Begriff ist durch die Pandemie mittlerweile auch anders besetzt.) Eine harte Kruste umgibt die Mantelplume, die im weiteren Verlauf zerbricht und schließlich unter den Rand der Corona abtaucht. Tektonische Prozesse werden in Gang gesetzt.

ETH-Forscher simulieren Coronae-​Vielfalt mit dem Computer

Die Erdoberfläche von Coronae ist nicht einfach zu beschreiben.

„Auf der Venus-​Oberfläche kommen solche Strukturen in einer grossen Vielzahl von Formen und Grössen vor“, sagt Anna Gülcher, Doktorandin in der Forschungsgruppe.

3D-Simulationen unterstützen die Forscher bei der Untersuchung. Mithilfe eines grösseren Satzes von verbesserten 3D-​Simulationen hat Gülcher die Coronae kürzlich erneut untersucht. Das Ziel: Die Vielfalt der Oberflächentopografie mit darunter ablaufenden Prozessen zu verknüpfen. Die Ergebnisse sind in der Ihre Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen.

Darin ist zu lesen, dass das internationale Forscherteam von mindestens 37 aktiven Coronae ausgeht. Aufgrund der Verteilung auf dem Planeten ist deutlich, dass die Venus gewisse Regionen hat, die vulkanisch aktiver sind als andere.

„Wir können sagen, dass mindestens 37 Coronae in letzter Zeit aktiv waren“, erklärt Laurent Montési, Co-Autor der Studie und Geologie-Professor an der University of Maryland.

Neue Simulationen zeigen erstaunliche Ergebnisse

Die neuen Simulationen zeigen, dass die Topografie einer Corona davon abhängt, wie dick und stark die Kruste an der Stelle ist, an welcher ein Mantelplume auftrifft. Dabei ging klar hervor, dass die Coronae-​Topografien davon abhängen, wie aktiv die darunterliegende Magmasäule ist. Dazu veröffentlicht die ETH folgende Grafik.

Grafik Venus

Blockdiagramm der Bildung von Coronae: Durchbricht ein Mantelplume die Lithosphäre, sinkt an ihren Rändern Kruste ab (a, b). Schwache Plumes liefern kein Material aus dem Inneren der Venus an die Oberfläche. Es bilden sich andere Corona-Formen (d).
Grafik: aus Gülcher et al. Nat.Geoscience, 2020

Feuerring der Venus: So kam es zu dem Namen

Durch die neuen Erkenntnisse konnten die Forscher über hundert grosse Coronae der Venus in zwei Gruppen einteilen.

  1. Solche, unter denen derzeit ein aktiver Plume aufsteigt und geschmolzenes Material mitführt
  2. Jene, unter denen der Plume erkaltet und inaktiv geworden ist

„Jede Corona-​Struktur hat eine spezifische Signatur, die anzeigt, was darunter vor sich geht“, sagt Gülcher.

Alle eingeteilten Coronae trug die Forscherin Gülcher auf einer Venus-​Karte ein. Das Ergebnis überraschte sie selbst: die meisten der Strukturen, die über aktiven Mantelplumes liegen, sind auf einem Gürtel in der unteren Hemisphäre der Venus verortet. Nur wenige aktive liegen außerhalb dieses Bandes.

Gülcher sagt dazu: „Wir nannten es deshalb in Anlehnung an den ‘Pazifischen Feuerring der Erde’ den ‘Feuerring der Venus’.“

„Ring of fire“: Erde ist für Dynamik des Feuerrings verantwortlich

Es sei jedoch sehr wichtig zu beachten, dass auf der Erde die Plattentektonik für die Lage und Dynamik des Feuerrings verantwortlich sei. Auf der Erde komme der vertikale Hotspot-​Vulkanismus der Venus jedoch nur an wenigen Orten vor. Damit ist zum Beispiel der Vulkanismus beim Hawaiianischen Inselarchipel gemeint. Aus diesem Grund ordnet sich die Mantelplumes auf der Venus in solch einem Gürtel an. Was dies in Bezug auf Prozesse, die sich tief im Inneren der Venus abspielen heisst, ist eine wichtige Frage. Weitere Studien und Computersimulationen sollen folgen.

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Von ihren Studien erhoffen sich die Planetenforscher neue Erkenntnisse darüber, wie Mantelplumes im Inneren der Erde ablaufen. Sie dürften nämlich verantwortlich sein für die Entstehung von Hotspot-​Vulkanismus.

Viele Wissenschaftler waren der Meinung, dass die Venus geologisch gesehen weitestgehend ruht.

„Unsere Arbeit zeigt, dass ein Teil dieser inneren Wärme auch heute noch an die Oberfläche gelangen kann. Die Venus ist eindeutig nicht so geologisch tot oder schlafend wie bisher angenommen“, sagte Anna Gülcher, Planetenwissenschaftlerin am Institut für Geophysik in Zürich.

„Diese Studie verändert unseren Blick auf die Venus von einem größtenteils inaktiven Planeten hin zu einem Planeten, dessen Inneres noch brodelt und viele aktive Vulkanespeisen kann“, erklärt Montési.

Die Gegenden, in denen die aktiven Vulkane entdeckt wurden, könnten zudem Ziele für „künftige Raumfahrt-Missionen“ darstellen, geben die Autorinnen und Autoren in ihrer Studie an.

Neben Anna Gülcher arbeiten auch noch ETH-​Forschende um Taras Gerya, Professor für Geophysik am Departement Erdwissenschaften, an diesem Projekt.

Wann fand die letzte Mission zur Venus statt?

Seit 2010 gab es keine Mission mehr zur Venus. Aktuell steht der Mars im Mittelpunkt der Raumfahrt. 2020 starten gleich drei Missionen zum roten Planeten. Was die Nasa plant, lesen Sie hier. Die Venus findet da eher keine Beachtung. Wenn man bedenkt, welche erstaunlichen Erkenntnisse nun errungen wurden, steckt in der Erforschung unseres Nachbarplaneten aber noch viel Potenzial. Die letzte Raumsonde startetet vor zehn Jahren von Japan aus. Die „Akatsuki“ brach zur Venus auf. Allerdings ist der Planet sehr schwer zu erforschen, denn auf der Venus herrschen Temperaturen von 464 Grad Celsius und ein Druck von 92 Bar. Die Atmosphäre der Venus ist dicht und undurchsichtig. Sie besteht zu großen Teilen aus Kohlendioxid.

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