In einer Probe Mondgesteins haben Wissenschaftler Apatit, ein Phosphat-Mineral, entdeckt, dass genauso viel flüchtige Elemente enthält wie seine auf der Erde häufige Variante. Dieses jetzt in „Nature“ veröffentlichte Ergebnis widerlegt bisherige Annahmen und deutet – gestützt auch durch Nachweise von Hydroxyl im Apatit – darauf hin, dass bei vergangenen Vulkanausbrüchen auf dem Mond Wasserdampf eine entscheidende Rolle gespielt haben könnte.
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Der Mond galt bis vor kurzem als ziemlich trockener Himmelskörper. Erst in den letzen Monaten und Jahren häufen sich Hinweise auf Wassereis und Hydroxylmoleküle auf der Mondoberfläche, aber auch in tieferen Schichten des Mondgesteins. Erst kürzlich entdeckten Forscher Spuren des Phosphat-Minerals Apatit, das ebenfalls Hydroxyl enthielt. Jetzt hat ein amerikanisches Forscherteam unter Leitung von Jeremy Boyce vom California Institute of Technology (Caltech) in Pasadena nicht nur erneut Hydroxyl in Mondapatit nachgewiesen, sie stießen auch auf flüchtige Stoffe, die es laut gängige Lehrmeinung auf dem Mond kaum geben soll.
Es gibt Gesteine auf dem Mond, die nach Ansicht von Geologen einst durch gasreiche Eruptionen gebildet wurden. Auf der Erde spielt dabei meist Wasserdampf die entscheidende Rolle: Aus wasserhaltigem Gestein durch die heiße Lava abrupt verdampft, sorgt er für besonders explosive Vulkanausbrüche. Doch auf dem Mond, so dachte man, wurde mangels Wasser diese Rolle vorwiegend von Kohlendioxid und Schwefelgasen übernommen.
Hydroxyl im Apatit-Gitter
Doch der Nachweis von Hydroxylmolekülen im Apatit, hat daran Zweifel geweckt. Wissenschaftler des Caltech hatten die Sauerstoff-Wasserstoff-Verbindung gebunden an das Kristallgitter des Minerals nachgewiesen und konnten es nun auch erstmals quantitativ bestimmen. „Hydroxyl ist chemisch eng mit dem Wasser verwandt“, erklärt George Rossman vom Caltech. „Wenn man den Apatit erhitzt, ‚zerfallen‘ die Hydroxyl-Ionen und kommen als Wasser heraus.“ Sein Kollege Boyce ergänzt: „Die Tatsache, dass wir signifikante Mengen von Wasser in einem lunaren Mineral quantitativ messen konnten ist wirklich überraschend.“
Ionenstrahl als Analysehilfe
Das Forscherteam analysierte lunaren Apatit aus einem Basaltbrocken, der 1971 von Appollo 14-Astronauten gesammelt und zur Erde zurückgebracht worden war. Sie nutzten dafür eine Ionenstrahl-Messapparatur, die einen hochfokussierten Strahl energiereicher Ionen auf die Probenoberfläche schießt. Dabei werden Atome herausgelöst, die eingefangen und mittels Massenspektrometer analysiert werden. Der Vorteil dieser Methode: Sie kann noch die Zusammensetzung von Mineralkörnchen ermitteln, die kleiner sind als die Breite eines menschlichen Haares.
Von irdischem Apatit nicht unterscheidbar
Die Messungen der Mondprobe ergaben, dass sich das lunare Apatit in Bezug auf seinen Gehalt an Wasserstoff, Chlor und Schwefel in keinster Weise von terrestrischem Apatit unterschied. „Wir stellten fest, dass Mond und Erde beide die gleiche Art von Apatit erzeugen können, der reich ist an Wasserstoff, Schwefel und Chlor“, erklärt Boyce.
Wasserdampf-Eruptionen auch auf dem Mond
Das Bedeutende an dieser Entdeckung sind die Rückschlüsse, die sich daraus für die Entstehungszeit dieser Gesteins ziehen lassen. Denn ein Apatit dieser Zusammensetzung wird auf der Erde immer dann gebildet, wenn eine vulkanische Eruption von starken Wasserdampfausbrüchen begleitet wird. Die Forscher interpretieren ihr Ergebnis daher als Hinweis auf einen signifikanten Wassergehalt in der präeruptiven Magma des Mondes.
„Diese Ergebnisse verraten uns, dass die geologischen Prozesse auf dem Mond mindestens ein hydratisiertes Mineral hervorbringen können“, erklärt John Eiler, Professor für Geologie und Geoschemie am Caltech. „Darüber hinaus ist allerdings alles ein großes Fragezeichen. Wir wissen nicht, ob es sich dabei um magmatische Prozesse handelt, bei denen geschmolzenes Gestein wieder erstarrt oder aber um metamorphische Prozesse, bei denen sich Mineralien rekristallisieren ohne dass sie schmelzen.“
(Nature, California Institute of Technology, 23.07.2010 – NPO)
