Wie würden ein Vulkan und dessen Lavaströme auf einem planetaren Himmelskörper aussehen, der hauptsächlich aus Metall besteht? Eine Pilotstudie der North Caronlina State University gibt Einblicke in den Ferrovulkanismus, die Wissenschaftlern bei der Interpretation der Landschaftsstrukturen auf anderen Welten helfen könnten.
Vulkane entstehen, wenn Magma aus teilweise geschmolzenen Feststoffen aus einer planetaren Oberfläche ausbricht. Auf der Erde besteht Magma hauptsächlich aus geschmolzenem Gestein, größtenteils Silikate. Aber nicht jeder planetare Himmelskörper besteht aus Gestein – manche können weitgehend aus Eis oder sogar aus Metall aufgebaut sein.
“Kryovulkanismus ist vulkanische Aktivität auf Eiswelten, und wir haben diese Prozesse auf Saturns Mond Enceladus beobachtet”, sagte Arianna Soldati, Assistenzprofessorin für Meeres-, Geo- und Planetenforschung an der NC State University und Hauptautorin einer Studie, die die Arbeit beschreibt. “Aber Ferrovulkanismus – vulkanische Aktivität auf metallischen Welten – wurde noch nicht beobachtet.”
Man nehme als Beispiel 16 Psyche – einen 224 Kilometer großen Asteroiden im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter. Seine Oberfläche besteht laut Infrarot- und Radarbeobachtungen größtenteils aus Eisen und Nickel. Der Asteroid ist das Ziel einer kommenden NASA-Mission, und er inspirierte Soldati darüber nachzudenken, wie vulkanische Aktivität auf einer Metallwelt aussehen könnte.
“Wenn wir Bilder von fremden Welten betrachten, nutzen wir trotzdem die uns von der Erde vertrauten Dinge, um sie zu interpretieren – beispielsweise Anhaltspunkte für vulkanische Eruptionen”, sagte Soldati. “Auf der Erde haben wir jedoch keinen weitverbreiteten metallischen Vulkanismus. Deswegen müssen wir uns vorstellen, wie diese vulkanischen Prozesse auf anderen Welten aussehen könnten, so dass wir die Bilder korrekt interpretieren können.”
Soldati definiert zwei mögliche Arten von Ferrovulkanismus: Typ 1 oder echter Ferrovulkanismus tritt auf komplett metallischen Himmelskörpern auf. Typ 2 oder unechter Ferrovulkanismus kommt demnach auf hybriden Himmelskörpern aus Gestein und Metall vor.
In einer Pilotstudie produzierten Soldati und Kollegen des Syracuse Lava Project einen Ferrovulkanismus des Typs 2, wobei sich während der Magmabildung Metall von Gestein abspaltet.
“Der Ofen des Lava Project ist für das Schmelzen von Gestein konfiguriert, also arbeiteten wir mit den Metallen (hauptsächlich Eisen), die natürlicherweise in dem Gestein vorkommen”, sagte Soldati. “Wenn man Gestein unter den extremen Bedingungen in dem Ofen schmelzt, wird sich ein Teil des Eisens abspalten und auf den Boden sinken, weil es schwerer ist. Indem wir die Ofen vollständig leerten, konnten wir sehen, wie sich das metallische Magma im Vergleich zu dem Gesteinsmagma verhielt.”
Die metallischen Lavaströme flossen zehnmal schneller und breiteten sich dünner aus als die Ströme aus Gesteinslava und trennten sich in zahlreiche verflochtene Kanäle. Das Metall floss auch unter dem Strom aus Gesteinslava und trat aus der führenden Front des Gesteinslavastroms hervor.
Die weichen, dünnen, weitverbreiteten Schichten der metallischen Lava würden Soldati zufolge auf einer planetaren Oberfläche einen ganz anderen Eindruck hinterlassen als die oft dicken, schroffen Ströme aus Gesteinslava, die wir auf der Erde sehen.
“Obwohl dies ein Pilotprojekt ist, gibt es einige Dinge, die wir sagen können”, sagte Soldati. “Wenn es auf 16 Psyche (oder auf einem anderen metallischen Himmelskörper) Vulkane gäbe, würden sie definitiv nicht so aussehen wie der steilwandige Fuji, ein bekannter Vulkan auf der Erde. Stattdessen hätten sie sanfte Flanken und breite Kegel. So würde sich ein Eisenvulkan aufbauen – dünne Ströme, die sich über größere Distanzen ausbreiten.”
Die Studie erschien im Journal Nature Communications. James Farrell, Bob Wysocki und Jeff Karson vom Syracuse Lava Project der Syracuse University sind Co-Autoren der Studie.
(THK)
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