Der Feuerring der Venus

Auf der Oberfl?che der Venus entdeckten Planetenforscher schon vor Jahren auf hochaufl?senden Bildern der Nasa-Mission ?Magellan? eigenartige ringf?rmige Strukturen. Coronae (lat. Kronen; Einzahl: Corona) werden diese genannt, und ETH-Forschende um Taras Gerya, Professor f¨¹r Geophysik am Departement Erdwissenschaften, erforschten vor einigen Jahren mithilfe von Computermodellen, wie diese Strukturen entstanden sein k?nnten (vgl. ETH News, 21.02.2014).

Bis heute gehen die meisten Forschenden davon aus, dass sogenannte Mantelplumes, die tief aus dem Inneren des Planeten aufsteigen, die kreisf?rmigen Strukturen an der Oberfl?che hervorbringen.

Mantelplumes sind S?ulen aus heissem, geschmolzenen Gestein, das durch Konvektionsbewegungen im unteren Mantel bis zur Kruste gelangt. Dort breitet sich der oberste Teil der S?ule pilzf?rmig aus. Die mitgef¨¹hrte Hitze schmilzt die dar¨¹berliegende Kruste kreisf?rmig auf. Kontinuierlich aus der Tiefe emporsteigendes Material verbreitert den Kopf des Plume und weitet die Ringstruktur auf der Oberfl?che aus ¨C eine Corona entsteht. Die harte Kruste, welche den Mantelplume umgibt, zerbricht und taucht schliesslich unter den Rand der Corona ab, was lokal tektonische Prozesse in Gang setzt.

Coronae-Vielfalt mit dem Computer simuliert

Doch die Topografie von Coronae sind mitnichten homogen oder einfach zu beschreiben. ?Auf der Venus-Oberfl?che kommen solche Strukturen in einer grossen Vielzahl von Formen und Gr?ssen vor?, sagt Anna G¨¹lcher, Doktorandin in Geryas Forschungsgruppe.

Mithilfe eines gr?sseren Satzes von verbesserten 3D-Simulationen hat G¨¹lcher die Coronae deshalb erneut untersucht, um die Vielfalt der Oberfl?chentopografie mit darunter ablaufenden Prozessen zu verkn¨¹pfen. Ihre Studie ist soeben in der Fachzeitschrift ?Nature Geoscience? erschienen.

Die neuen Simulationen zeigen, dass die Topografie einer Corona davon abh?ngt, wie dick und stark die Kruste an der Stelle ist, an welcher ein Mantelplume auftrifft. Dabei ging klar hervor, dass die Coronae-Topografien davon abh?ngen, wie aktiv die darunterliegende Magmas?ule ist.

Aktive Plumes bilden Feuerring der Venus

Diese Unterscheidung erlaubte es der Forscherin und ihren Kollegen, ¨¹ber hundert grosse Coronae der Venus in zwei wesentliche Gruppen einzuteilen, n?mlich solche, unter denen derzeit ein aktiver Plume aufsteigt und geschmolzenes Material mitf¨¹hrt, und jene, unter denen der Plume erkaltet und inaktiv geworden ist. ?Jede Corona-Struktur hat eine spezifische Signatur, die anzeigt, was darunter vor sich geht?, sagt G¨¹lcher.

Alle aufgrund ihrer Aktivit?t eingeteilten Coronae trug die Forscherin auf einer Venus-Karte ein. Zu ihrer ?berraschung konnte sie die meisten der Strukturen, die ¨¹ber aktiven Mantelplumes liegen, auf einem G¨¹rtel in der unteren Hemisph?re der Venus verorten. Nur wenige aktive liegen ausserhalb dieses Bandes. G¨¹lcher: ?Wir nannten es deshalb in Anlehnung an den ¡®Pazifischen Feuerring der Erde¡¯ den ¡®Feuerring der Venus¡¯.? Sie geht davon aus, dass der Feuerring der Venus mit einer Zone zusammenf?llt, in der besonders viel Plume-Material aufst?sst.

Es sei jedoch wichtig zu beachten, dass auf der Erde die Plattentektonik f¨¹r die Lage und Dynamik des Feuerrings verantwortlich sei. Auf der Venus sei es vertikaler Hotspot-Vulkanismus, der auf der Erde nur an wenigen Orten vorkomme.

Weshalb sich die Mantelplumes auf der Venus genau in solch einem G¨¹rtel anordnen und was dies heisst in Bezug auf Prozesse, die sich tief im Inneren dieses Planeten abspielen, ist eine wichtige Frage. Diese k?nnte in k¨¹nftigen Studien mit Computersimulationen im grossen Massstab angegangen werden, erkl?rt G¨¹lcher.

Grosse Rechenkapazit?t erforderlich

In ihren Modellen simulieren die Forschenden nur wenige hundert Kilometer des obersten Teils eines Mantelplumes. In Realit?t aber k?nnten solche Magmas?ulen ¨¹ber 1000 Kilometer lang sein. ?Die gesamte L?nge zu simulieren, kommt aufgrund der erforderlichen Rechenkapazit?t nicht in Frage?, sagt G¨¹lcher. Nur schon die aktuellen Simulationen sind achtmal gr?sser als bisherige. Gerechnet wurden sie auf dem Euler-Cluster der ETH.

Von ihren Erkenntnissen erhoffen sich die Planetenforschenden auch neue Einsichten dar¨¹ber, wie Mantelplumes im Inneren der Erde funktionieren. Sie d¨¹rften verantwortlich sein f¨¹r die Entstehung von Hotspot-Vulkanismus wie er sich beim Hawaiianischen Inselarchipel ?ussert. Mantelplumes k?nnten zudem ein Ausl?ser f¨¹r die auf der Erde beobachtete Plattentektonik gewesen sein, wie die Forschungsgruppe von Taras Gerya ebenfalls mit Hilfe von Simulationen aufzeigte. Wie damals erw?hnt, k?nnte die Venus als Modell f¨¹r die Prozesse dienen, die sich auf der fr¨¹hen Erde abgespielt haben k?nnten.