Dynamische und chemische Entwicklung Mars- und Venus-ähnlicher Planeten
Zusammenfassung der Projektergebnisse
In diesem Projekt wurden Fragen der thermochemischen Entwicklung der Mäntel terrestrischer Planeten untersucht, wobei der Schwerpunkt auf den Wechselwirkungen zwischen großen, beckenbildenden Meteoriteneinschlägen und Konvektion und Schmelzbildung im Marsmantel lag. Es wurden zweidimensionale numerische Modelle entwickelt, die die Fluiddynamik der Mantelkonvektion mit einem mineralogischen Modell der Eigenschaften des Mantelgesteins und einer vereinfachten Darstellung von Meteoritenimpakten verbinden, um die Entwicklung des Planeten während der vergangenen 4,4 Milliarden Jahre zu simulieren. Diese Untersuchungen ergaben zwei Hauptergebnisse. Erstens wurde gezeigt, dass große Meteoriteneinschläge infolge der mit ihnen einhergehenden Schmelzbildung ausgedehnte chemische Mantelanomalien verursachen. Diese Anomalien steigen aufgrund ihres thermischen und chemischen Auftriebs auf und neigen dazu, sich in die Lithosphäre einzugliedern, wo sie für Jahrmilliarden erhalten bleiben können, wenn die Lithosphäre selbst stabil bleibt, wie dies sowohl beim Mars als auch beim Mond und Merkur, aber nicht bei der Venus der Fall ist. Wenn Teile solcher Lithosphärenbereiche später durch andere Prozesse zutage gefördert werden, könnten sie sich in Gestalt chemischer Abweichungen von anderen Teilen des Planeten zeigen. Zweitens wurde gezeigt, auf welche Weise sehr verschiedene Meteoriten Impaktkrater gleicher Größe auf einem gegebenen Planeten erzeugen, aber dennoch durchaus unterschiedliche Effekte im tiefen Innern nach sich ziehen können. Bei einer gegebenen Gruppe von Einschlägen mit gleicher Kratergröße haben generell Impakte von Asteroiden schwächere Wirkungen und rufen kleinere Anomalien hervor als andere Impaktoren. Auf der Grundlage von Mantelkonvektionsmodellen und dem mineralogischen Modell lassen sich auch verschiedene geophysikalische und geochemische Größen ableiten, die von Raumfahrzeugen beobachtet oder aus solchen Beobachtungen ermittelt werden können. Dies unterstützt die Interpretation von Beobachtungen und erlaubt einen Vergleich mit und eine Validierung von numerischen Simulationen. Im Rahmen dieses Projekts lag das Hauptaugenmerk auf der Vorhersage der Dichteverteilung des Planeteninnern, die das Schwerefeld eines Planeten bestimmt und routinemäßig von Orbitern gemessen wird, sowie der seismischen Geschwindigkeiten, für die Daten für den Mond vorliegen und für den Mars in naher Zukunft erwartet werden. Im Hinblick auf Mantelanomalien, die von Meteoriteneinschlägen erzeugt wurden, wurde festgestellt, dass ihr Schweresignal messbar sein könnte, wenn ein gutes Krustenmodell als Richtlinie vorhanden ist, aber ihr seismologischer Nachweis nur mit einem gezielt ausgebrachten seismischen Messnetz möglich wäre. Die Unterscheidung verschiedener Impaktortypen dürfte selbst mit guten Schweredaten sehr schwierig sein.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- (2017): Globally smooth approximations for shock pressure decay in impacts. Icarus 289, 22–33
Ruedas, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1016/j.icarus.2017.02.008) - (2017): Impact-induced changes in source depth and volume of magmatism on Mercury and their observational signatures; Nat. Comm.
Padovan, S., Tosi, N., Plesa, A.-C., Ruedas, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1038/s41467-017-01692-0) - (2017): Interior responses to impacts by different impactor types. 48th Lunar and Planetary Science Conference, The Woodlands, TX, 2017 (Abstract 2321)
Ruedas, T., Breuer, D.
- (2017): On the relative importance of thermal and chemical buoyancy in regular and impact-induced melting in a Mars-like planet; J. Geophys. Res. – Planets, 122(7), 1554–1579
Ruedas, T., Breuer, D.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/2016JE005221) - (2017): Radioactive heat production of six geologically important nuclides; Geochem. Geophys. Geosyst., 18(9), 3530–3541
Ruedas, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1002/2017GC006997) - (2017): The habitability of a stagnant-lid Earth; Astron. Astrophys., 605, A71
Tosi, N., Godolt, M., Stracke, B., Ruedas, T., Grenfell, L., Höning, D., Nikolaou, A., Plesa, A.-C., Breuer, D., Spohn, T.
(Siehe online unter https://doi.org/10.1051/0004-6361/201730728)
