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Wurde das Rätsel der zwei Gesichter des Mondes gelöst?
Zwei Welten auf einem Himmelskörper: Die erdzugewandte Mondseite trägt ausgedehnte dunkle Lavaebenen, die Rückseite vor allem alte Hochländer und eine dickere Kruste. Analysen von Chang’e-6-Proben zeigen nun deutliche Unterschiede in der Kruste, aber keine klare chemische Zweiteilung des Mantels. Ein Modell führt dieses Muster auf ungleich verteilte Gezeitenwärme und seitliche Strömungen im frühen Magmaozean zurück.
Nanjing (China). Der Mond zeigt der Erde stets dieselbe Seite, doch seine beiden Hemisphären unterscheiden sich markant: Auf der Vorderseite liegen große dunkle Mare-Ebenen aus erstarrter Lava, während die Rückseite überwiegend alte Hochländer, deutlich weniger Mare-Flächen und im Mittel eine dickere Kruste besitzt.
Warum diese Dichotomie entstand, ist seit Jahrzehnten umstritten, und die Erklärungsmodelle reichen von riesigen Einschlägen über ungleiches Krustenwachstum bis zu asymmetrischer Wärmeentwicklung. Besonders schwer ließ sich prüfen, ob die Unterschiede nur die Kruste betreffen oder bis in den Mantel reichen, denn von der Mondrückseite fehlten lange Proben.
Forscher der Nanjing University (NJU) um Prof. Hejiu Hui haben nun Gesteinsbruchstücke aus dem von Chang’e-6 zurückgebrachten Regolith, der lockeren Gesteins- und Staubschicht an der Oberfläche, untersucht. Das Material stammt aus dem Apollo-Krater im Südpol-Aitken-Becken auf der Mondrückseite. Das Team identifizierte darin 37 Hochlandfragmente und zehn Basaltfragmente aus der zugeteilten Probe CE6C0200YJFM002 und kombinierte Texturanalysen mit chemischen sowie isotopischen Messungen.
Besonders deutlich war der Unterschied bei Anorthositen, den hellen feldspatreichen Gesteinen der ursprünglichen Mondkruste. Bei calciumarmen Pyroxenen lag die Magnesiumzahl, also der Anteil von Magnesium relativ zu Magnesium plus Eisen, im Median bei 66,4, während Apollo-Anorthosite von der Vorderseite einen Median von 63,0 erreichten. Die Verteilungen unterscheiden sich statistisch signifikant, allerdings lässt sich eine Verzerrung durch die begrenzte Probenauswahl nicht vollständig ausschließen.
Anders sieht es bei Gesteinen der sogenannten Mg-Suite aus, die Material aus der Wechselwirkung zwischen Kruste und Mantel bewahren. Ihre calciumarmen Pyroxene erreichten auf Vorder- und Rückseite denselben Median der Magnesiumzahl von 78,0. Das stützt die vorläufige Deutung, dass frühe Mantelkumulate, also beim Erstarren angesammelte Minerale des Mantels, beider Hemisphären chemisch ähnlich waren und keine klare großräumige Zweiteilung zeigen.
Eine auffällige Differenz steckt dagegen in KREEP, einer Abkürzung für Kalium, seltene Erden und Phosphor, die sich in späten Restschmelzen des Mond-Magmaozeans anreichern. Die Mg-Suite-Fragmente von Chang’e-6 enthalten weniger seltene Erden und niedrigere Thorium-Samarium-Verhältnisse als typische Apollo-Proben. Während diese oft mit 10 bis 25 Gewichtsprozent KREEP-Komponenten erklärt werden, deuten die Rückseitenproben auf nur geringe KREEP-Beteiligung.
Dafür kommen zwei Erklärungen infrage: Die Mg-Suite-Magmen könnten auf der Rückseite weitgehend ohne KREEP entstanden sein, oder die KREEP-reiche Schicht war dort dünner, räumlich ungleich verteilt oder für aufsteigende Schmelzen schlechter erreichbar. Die bisherigen Daten können zwischen diesen Möglichkeiten nicht eindeutig unterscheiden.
Auch die zehn Basaltfragmente sprechen nicht für einen völlig anderen Mantel auf der Rückseite, denn ihr Titandioxidgehalt liegt im Bereich niedrigtitanhaltiger Mondbasalte. Eine gemeinsame Blei-Blei-Datierung ergibt ein Alter von 2,8121 ± 0,0049 Milliarden Jahren. Isotopen- und Spurenelementdaten deuten zudem auf eine Mantelquelle mit ähnlichen geochemischen Eigenschaften wie bei Apollo-Niedrigtitanbasalten.
Aus diesen Befunden entwickeln die Autoren ein Modell für die Entstehung der Mond-Dichotomie, nach dem der frühe Magmaozean vor der gebundenen Rotation zunächst vergleichsweise gleichmäßig abgekühlt sein soll. Als der Mond der Erde dauer