Hinweise auf Wasser im Mondgestein

Der Begleiter der Erde ist immer noch für Überraschungen gut: Forscher finden bei neuer Untersuchung unerwartet viel flüchtige Stoffe in einer Gesteinsprobe von Apollo 14.

Auch vier Jahrzehnte nach den Apollo-Mondflügen sind die damals von den Astronauten zur Erde gebrachten Bodenproben dank stetig verbesserter Analysemethoden immer wieder für überraschende Forschungsergebnisse gut. Ein Team amerikanischer Wissenschaftler ist nun bei ionenmikroskopischen Untersuchungen einer Basaltprobe von Apollo 14 auf einen überraschend hohen Anteil an flüchtigen Stoffen - insbesondere Wasserstoff, Chlor und Schwefel - im Mineral Apatit gestoßen. Der lunare Apatit ähnelt damit in der Zusammensetzung irdischem Apatit. Da es sich um Gestein vulkanischen Ursprungs handelt, schließen die Forscher aus ihren Ergebnissen, dass das Magma vor der Eruption erheblich mehr Wasser enthalten hat - und der Mond in seinem Inneren generell mehr Wasser und andere flüchtige Stoffe enthält als bislang angenommen.

Abb.: Schnitt durch die Basaltprobe Nr. 14053 von Apollo 14, die von dem Team untersucht wurde. (Bild: Larry Taylor/University of Tennessee)

"Seit die Apollo-Astronauten Mondgestein zur Erde brachten, galt der Erdtrabant als knochentrocken", sagt Lawrence Taylor von der University of Tennessee, einer der beteiligten Wissenschaftler. In den vergangenen Jahren hat sich dieses Bild jedoch gewandelt. So zeigten Messungen mehrerer Sonden Spuren von Wasser und Hydroxyl auf der Mondoberfläche, die aber vermutlich nicht aus dem Mondinneren, stammen, sondern durch den Zustrom von Protonen mit dem Sonnenwind produziert werden.

Im Gegensatz dazu gilt der unlängst erfolgte Nachweis von Wasserstoff, Fluor, Chlor und Schwefel in im Mondgestein eingebetteten Glas-Sphärulen als Indiz für einen Wasseranteil von 750 ppm im preeruptiven Magma. "Für unser Verständnis der Entstehung und Entwicklung des Mondes sind diese Ergebnisse von großer Bedeutung", so Taylor und seine Kollegen, "eine Bestätigung durch eine unabhängige Untersuchung war daher unbedingt nötig."

Apatit, ein in planetarischen Gesteinen häufig vorkommendes Phosphat-Mineral, eignet sich besonders für eine solche Überprüfung. Denn im Gegensatz zu anderen Mineralien vermag Apatit flüchtige Stoffe auch bei vulkanischen Prozessen zu bewahren. Taylor und seine Kollegen verwendeten ein spezielles Ionen-Mikroskop am Caltech in Pasadena für ihre Untersuchung. Mit dem Instrument lässt sich der Aufbau selbst winziger Körnchen, kleiner als der Durchmesser eines menschlichen Haars, analysieren. Bei einem Ionenmikroskop wird die Gesteinsprobe mit einem Ionenstrahl beschossen, der Atome aus der Oberfläche der Probe herausschlägt und ionisiert. Diese Sekundär-Ionen können dann in einem Massenspektrometer analysiert und identifiziert werden.

Auf Basis der gefundenen Werte schätzen die Forscher, dass die Apatit-Schmelze vor ihrer Aushärtung 4000 ppm Wasser und 3500 ppm Chlor enthalten hat. Allerdings sei für eine rigorose Interpretation der Daten ein vollständiges thermodynamisches Modell für die Bildung des Apatits nötig, für das es keine ausreichenden Informationen gäbe. Trotz dieser Unsicherheit gehen Taylor und seine Kollegen aber davon aus, dass der Mantel oder die Kruste des Mondes deutlich mehr flüchtige Stoffe enthalten als bislang vermutet.

Rainer Kayser

Weitere Infos:

• Originalveröffentlichung:
  J. W. Boyce et al.: Lunar apatite with terrestrial volatile abundances. Nature 466, 466 (2010)
  dx.doi.org/10.1038/nature09274
• University of Tennessee:
  www.utk.edu/
• Caltech:
  www.caltech.edu/

Weiterführende Literatur:

• A. E. Saal et al.: Volatile content of lunar volcanic glasses and the presence of water in the Moon’s interior. Nature 454, 192 (2008)
  dx.doi.org/10.1038/nature07047
• M. A. Wieczorek et al.: The constitution and structure of the lunar interior. Rev. Mineral. Geochem. 60, 221 (2006)
  dx.doi.org/10.2138/rmg.2006.60.3

AL