Wertvolle Ressource: In einigen Kratern am lunaren Südpol könnte es neben Wassereis auch Trockeneis geben – gefrorenes Kohlendioxid. Denn Messdaten zufolge ist es in diesen dauerhaft beschatteten Kratern kalt genug, um CO2 über Millionen Jahre festzuhalten. Im Laufe dieser Zeit könnte sich das durch Mikrometeoriten und Kometen eingetragene CO2 auf einer Fläche von gut 200 Quadratkilometern angereichert haben, wie Forscher berichten.
Schon ab 2025 sollen Astronauten zum Mond zurückkehren, auch erste Mondstationen sind längerfristig geplant. Doch ein längerer Aufenthalt von Menschen auf der Mondoberfläche ist nur möglich, wenn es vor Ort genügend Ressourcen für lebenswichtige Aktivitäten gibt. Wichtig sind dafür vor allem Wasser in Form von Wassereis, sauerstoffhaltige Verbindungen im Regolith und genügend Licht für die Gewinnung von Strom und Hitze.
Trockeneis als lunare Ressource
Aber noch ein weiterer Rohstoff könnte auf dem Mond präsent sein: Kohlendioxid. „CO2 ist nach Wasser die wahrscheinlich wichtigste Ressource auf dem Mond“, erklärt Erstautor Norbert Schörghofer vom Planetary Science Institute in Honolulu. „Das CO2 kann für die Produktion von Raketentreibstoff genutzt werden, aber auch für Biomaterialien oder Stahl. Es wäre daher wichtiger Teil der In-Situ-Rohstoffnutzung.“
Auf den ersten Blick scheint die Präsenz von Kohlendioxid auf dem Mond allerdings fast unmöglich. Denn der Erdtrabant besitzt keine Atmosphäre, die das CO2 halten könnte. Selbst wenn Kometen und Meteoriten bei ihren Einschlägen gefrorenes CO2 auf den Mond bringen, sublimiert dies im Fast-Vakuum der Mondoberfläche fast sofort wieder. Dazu passt, dass im Mondgestein der Apollo-Missionen nur sehr geringe Kohlenstoffgehalte nachgewiesen wurden.
Kältefallen in Schattenkratern
Doch wie Schörghofer und sein Team herausgefunden haben, gibt es auf dem Mond einige „Refugien“, in denen CO2-Eis doch länger überdauern könnte. Für ihre Studie hatten sie elf Jahre an Temperaturmessdaten der NASA-Mondsonde Lunar Reconnaissance Orbiter (LRO) ausgewertet. Dessen Diviner Lunar Radiometer Experiment misst die von der Mondoberfläche abgestrahlten Infrarotwellen und bestimmt so deren Temperatur.
Die Messungen ergaben: Einige Schattenzonen von Mondkratern am lunaren Südpol sind kalt genug, um eine Sublimation des eingetragenen CO2 fast vollständig zu unterbinden. In diesen Kältefallen herrschen das gesamte Mondjahr hindurch Temperaturen von weniger als minus 210 Grad. Damit sind diese dauerhaft beschatteten Krater kalt genug, um CO2 einzufangen und festzuhalten. „Es war schon eine Überraschung, dass es auf dem Mond tatsächlich zusammenhängende Gebiete gibt, die dafür kalt genug sind“, sagt Schörghofer.
Potenzielle CO2-Vorkommen auf 200 Quadratkilometern
Besonders viel CO2-Eis könnte es den Daten zufolge im rund 50 Kilometer großen Haworth-Krater und im gut 100 Kilometer großen Amundsenkrater geben. Beide liegen nahe am lunaren Südpol und enthalten nachweislich größere Wassereisvorkommen. Nach Schätzungen des Forschungsteams könnten allein im Amundsenkrater zusätzlich rund 82 Quadratkilometer als CO2-Kältefalle in Betracht kommen. Insgesamt schätzen sie die Fläche der lunaren CO2-Fallen auf rund 204 Quadratkilometer.
„Unsere Studie sagt uns nicht, dass es in diesen Arealen auch wirklich CO2 gibt“, betont Schörghofer. „Aber es ist eine plausible Annahme, vor allem, weil beim Impakt-Experiment LCROSS im Jahr 2009 bereits CO2 in der aufgeschleuderten Einschlagswolke nachgewiesen wurde.“ Nach Ansicht der Wissenschaftler wären die neu identifizierten Kältefällen daher ein lohnendes Ziel für künftige Mondmissionen.
Tatsächlich hat die NASA gerade den Nobile-Krater als Ziel für ihren 2023 zum Mond startenden unbemannten Mondrover ausgewählt. Auch dieser Krater erwies sich in der aktuellen Studie als potenzielle CO2-Falle. (Geophysical Research Letters, 2021; doi: 10.1029/2021GL095533)
Quelle: American Geophysical Union (AGU)
