Glasperlen im Mondboden enthüllen uralte Asteroidenbombardements auf Mond und Erde

1. Oktober 2022

von Alexander Nemchin und Katarina Miljkovic, The Conversation

Im Jahr 2020 hat die chinesische Mission Chang'e 5 mehr als ein Kilogramm Mondgestein und Erde beprobt und zur Erde zurückgebracht. Die Proben enthalten unzählige winzige Glasperlen, die beim Einschlag von Asteroiden auf den Mond entstanden sind und Tröpfchen geschmolzenen Gesteins rund um die Einschlagstelle verspritzt haben.

Wir haben diese Glasperlen und die Einschlagskrater in der Nähe ihres Fundorts detailliert analysiert. Unsere in Science Advances veröffentlichten Ergebnisse enthüllen neue Details über die Geschichte der Asteroideneinschläge auf den Mond in den letzten 2 Milliarden Jahren.

Insbesondere fanden wir Spuren mehrerer Einschlagwellen, die zeitgleich mit Einschlägen auf der Erde stattfanden – darunter der Chicxulub-Einschlag vor 66 Millionen Jahren, der zum Aussterben der Dinosaurier führte.

Die zerstörerische Kraft von Meteoriteneinschlägen wurde in der gesamten Menschheitsgeschichte beobachtet. Das jüngste bemerkenswerte Ereignis aus dem Jahr 2013, der spektakuläre Tscheljabinsk-Meteor, der Hunderte Menschen verletzte, war im Vergleich zu historischen Einschlägen ein relativ unbedeutendes Ereignis.

Im Laufe der langen geologischen Geschichte der Erde kam es zu Einschlägen unterschiedlichen Ausmaßes. Weltweit wurden nur etwa 200 Einschlagskrater gefunden, da Erosion und geologische Aktivität die Oberfläche unseres Planeten ständig verändern und Spuren vergangener Einschläge verwischen.

Auf dem Mond, wo Einschlagskrater nicht verschwinden, sind mehrere Hundert Millionen erkennbar. Es ist nicht schwer, sich vorzustellen, dass die Erde zu Beginn ihres Lebens eine ähnlich gewaltige Flut von Projektilen erlebt hat.

Während sich das Sonnensystem in den letzten 4,5 Milliarden Jahren entwickelte, nahm die Zahl der Asteroiden im Laufe der Zeit exponentiell ab, da Weltraumgestein von der Erde und den anderen Planeten mitgerissen wurde.

Die Einzelheiten dieses Prozesses bleiben jedoch unklar. Gab es im Laufe der Zeit einen gleichmäßigen Rückgang der Anzahl der Einschläge auf die Erde, den Mond und andere Planeten im Sonnensystem? Gibt es Phasen, in denen es vor dem Hintergrund des allgemeinen Rückgangs häufiger zu Kollisionen kam? Besteht die Möglichkeit, dass die Kollisionen in Zukunft plötzlich zunehmen?

Der beste verfügbare Ort für die Suche nach Antworten ist der Mond, und die besten verfügbaren Proben sind Mondböden – wie die, die Chang'e 5 mit nach Hause brachte.

Der Mondboden enthält kugelförmige Tröpfchen aus erstarrter Schmelze (Glas) mit einer Größe von wenigen Millimetern bis weniger als einem Millimeter. Diese Tröpfchen entstehen bei Hochgeschwindigkeitseinschlägen, die das Zielgestein zum Schmelzen bringen.

Die geschmolzenen Tröpfchen können Dutzende oder möglicherweise Hunderte von Kilometern um den Einschlagskrater herumspritzen.

Durch die Analyse der chemischen Zusammensetzung und Radioaktivität dieser Tröpfchen können wir bestimmen, wie alt sie sind. Das Alter der Tröpfchen gibt uns dann einen Hinweis darauf, wann diese Einschläge auf dem Mond stattfanden.

Jede Mondbodenprobe scheint mehrere Einschläge aufzuzeichnen. Das Alter der Einschläge erstreckt sich über die letzten etwa 4 Milliarden Jahre, wobei der jüngste Einschlag nur wenige Millionen Jahre alt war.

Chang'e 5 landete an einem Ort mit einer relativ einfachen geologischen Geschichte im Vergleich zu anderen Orten auf dem Mond, an denen Proben gesammelt wurden.

Der Landeplatz liegt inmitten eines riesigen Basaltplateaus mit einem Durchmesser von fast 400 Kilometern. Das Plateau ist „nur“ 2 Milliarden Jahre alt, was im Vergleich zum Alter der Mondkruste insgesamt jung ist.

Dies bedeutet, dass die Geschichte der Website kürzer und einfacher zu entschlüsseln ist. Dies erleichterte die Identifizierung von Tröpfchen, die von nahegelegenen Einschlägen stammten, sowie die Interpretation chemischer und chronologischer Daten anhand von Satellitenbildern der umgebenden Mondoberfläche.

Wir kombinierten diese Interpretation mit einer Modellierung, wie sich die Tröpfchen bei Einschlägen unterschiedlicher Größe gebildet und herausgeschleudert hätten.

Es scheint, dass Glaströpfchen 20 bis 100 Kilometer vom Einschlagsort entfernt transportiert werden können, selbst wenn der Einschlag einen Krater mit einem Durchmesser von nur 100 Metern hinterlässt. Modelle deuten auch darauf hin, dass Einschläge, die Krater mit einem Durchmesser von mehr als einem Kilometer bilden, die Tröpfchen effizienter erzeugen.

Alle diese Informationen zusammengenommen trugen dazu bei, die Suche nach spezifischen Einschlagskratern einzuleiten, die für die Produktion von aus der Probe gewonnenen Gläsern verantwortlich sind.

Das Basaltplateau rund um den Landeplatz von Chang'e 5 enthält mehr als 100.000 Krater mit einer Größe von über 100 Metern. Die Zuordnung von Glaströpfchen zu ihrem Ursprungskrater ist ein Wahrscheinlichkeitsspiel, obwohl die Chancen etwas besser sind als im Lotto zu gewinnen.

Wir können sagen, dass einige der Krater wahrscheinlich die Quelle einiger Glaströpfchen in der Probe sind. Dennoch führte dieses Matching zu einem weiteren wichtigen Ergebnis.

Frühere Studien hatten ergeben, dass die Altersverteilung der Glaströpfchen in den einzelnen Bodenproben ungleichmäßig ist. Es gibt Perioden in der Zeitleiste mit einer großen Anzahl an Tröpfchen und Perioden mit wenigen bis keinen Tröpfchen.

Unsere Analyse des Glases in den Chang'e 5-Proben und unsere Versuche, sie mit bestimmten Kratern in Verbindung zu bringen, bestätigen eine Variation der Einschlagsrate im Laufe der Zeit.

Darüber hinaus scheint das Alter der aus diesen Tröpfchen identifizierten Perioden dem Alter einer Reihe bestehender Meteoritengruppen mit Ursprung im Asteroidengürtel ähnlich zu sein. Diese Meteoritengruppen könnten das Ergebnis früherer Kollisionen innerhalb des Asteroidengürtels sein.

Eines dieser Häufungsalter fällt auch mit dem Aussterben der Dinosaurier zusammen. Unsere Studie hat dies nicht im Detail untersucht, aber dieser Zufall könnte darauf hindeuten, dass es aus noch unbekannten Gründen Zeiten gibt, in denen die regulären Umlaufbahnen kleiner Körper im Sonnensystem instabil werden und sich auf Umlaufbahnen begeben, in denen sie möglicherweise die Erde oder den Mond treffen.

Zusammengenommen deuten diese Altersangaben darauf hin, dass es in der Erdgeschichte möglicherweise Zeiträume gegeben hat, in denen die Kollisionen im gesamten inneren Sonnensystem zunahmen. Dies bedeutet, dass es auf der Erde auch Zeiten gegeben haben könnte, in denen die Einschlagsrate höher als gewöhnlich war – und dass ähnliche Anstiege in der Zukunft möglich sind.

Wie würde sich ein solcher Anstieg auf die Entwicklung des Lebens auf dem Planeten auswirken? Das bleibt ein Rätsel.

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