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Unser Nachbarplanet Venus.
Unser Nachbarplanet Venus.

ETH-Forscher entdecken Feuergürtel auf der Venus

22.07.2020, 10:12

Mit Hilfe von Computersimulationen haben Wissenschaftler der ETH Aktivitäten von Coronae-Strukturen auf der Oberfläche der Venus untersucht. Dabei entdeckten sie überraschend einen bislang unbekannten Feuergürtel auf unserem Nachbarplaneten.

Forscher um Taras Gerya, Professor für Geophysik am Departement Erdwissenschaften, gingen vor einigen Jahren mithilfe von Computermodellen der Frage nach, wie diese ringförmigen Strukturen auf der Oberfläche entstanden sein könnten. Bis heute nehmen die meisten Fachleute an, dass sogenannte Mantelplumes, die tief aus dem Inneren des Planeten aufsteigen, dafür verantwortlich sind, wie die ETH am Montag mitteilte.

Der kreisrunde Berg im Vordergrund ist eine 500 Kilometer grosse Corona in der Galindo-Region der Venus. Die dunklen Rechtecke sind ein Artefakt.
Der kreisrunde Berg im Vordergrund ist eine 500 Kilometer grosse Corona in der Galindo-Region der Venus. Die dunklen Rechtecke sind ein Artefakt.
Bild: NASA/JPL/USGS

Mantelplumes sind Säulen aus heissem, geschmolzenem Gestein, das durch Konvektionsbewegungen im unteren Mantel bis zur Kruste gelangt. Dort breitet sich der oberste Teil der Säule pilzförmig aus, und durch die Hitze schmilzt die darüberliegende Kruste kreisförmig.

Kontinuierlich aus der Tiefe emporsteigendes Material verbreitert den Kopf des Plume und weitet die Ringstruktur auf der Oberfläche aus, so dass eine Corona entsteht. Die harte Kruste, die den Mantelplume umgibt, zerbricht und taucht schliesslich unter den Rand der Corona ab, was lokal tektonische Prozesse in Gang setzt.

Corona auf der Venus.
Corona auf der Venus.
Bild: NASA / JPL / Magellan probe

Feuerring aus aktiven Plumes

Anna Gülcher, Doktorandin in Geryas Forschungsgruppe, hat die Coronae mit 3D-Simulationen erneut untersucht, um die vielfältige Oberflächentopografie mit den darunter ablaufenden Prozessen zu verknüpfen.

Ihre Studie, die in der Fachzeitschrift «Nature Geoscience» erschienen ist, zeigt, dass die Topografie einer Corona davon abhängt, wie dick und stark die Kruste an der Stelle ist, an der ein Mantelplume auftrifft. Dabei ging klar hervor, dass die Coronae-Topografien davon abhängen, wie aktiv die darunterliegende Magmasäule ist.

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).
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: ETHZ

Über 100 grosse Coronae teilten die Forscherin und ihre Kollegen in zwei Gruppen auf: Solche, in denen ein aktiver Plume aufsteigt, und solche, unter denen der Plume erkaltet und inaktiv geworden ist. Die meisten Strukturen, die über aktiven Mantelplumes liegen, befinden sich zur Überraschung der Forscherin auf einem Gürtel in der unteren Hemisphäre der Venus.

In Anlehnung an den «Pazifischen Feuerring der Erde» haben die Wissenschaftler dieses Band «Feuerring der Venus» genannt. Es sei jedoch wichtig zu beachten, dass auf der Erde die Plattentektonik für die Lage und Dynamik des Feuerrings verantwortlich sei, wie es in der Mitteilung heisst. Auf der Venus sei es vertikaler Hotspot-Vulkanismus, der auf der Erde nur an wenigen Orten vorkomme.

«The Venus ‹ring of fire›.»

Erkenntnisse über die frühe Erde

Weshalb sich die Mantelplumes auf der Venus genau in einem solchen Gürtel anordnen, soll in künftigen Studien mit Computersimulationen im grossen Massstab untersucht werden. Dafür ist jedoch eine sehr grosse Rechnerkapazität notwendig.

Bislang simulierten die Forscher in ihren Modellen nur wenige Hundert Kilometer des obersten Teils eines Mantelplumes. Diese Magmasäulen können aber in der Realität über 1000 Kilometer lang sein.

Die Planetenforscher erhoffen sich durch ihre Erkenntnisse neue Einsichten darüber, wie Mantelplumes im Innern der Erde funktionieren. Diese dürften verantwortlich sein für die Entstehung von Hotspot-Vulkanismus wie er sich beim Hawaiianischen Inselarchipel zeigt. Ausserdem könnten Mantelplumes ein Auslöser für die Plattentektonik der Erde sein. So könnte die Venus als Modell dienen für die Prozesse, die sich auf der frühen Erde abgespielt haben. (sda)

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quelle: watson/keystone
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