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VENUS
Der Feuerring der Venus
Redaktion / Pressemitteilung der ETH Zürich
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21. Juli 2020

Mithilfe von Computersimulationen haben Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler hochaufgelöste Bilder der Venus-Oberfläche ausgewertet, um eine bestimmte Form der vulkanischen Aktivität zu kartieren. Dabei spürten sie einen bislang unentdeckten Feuergürtel auf unserem Nachbarplaneten auf. Die Ergebnisse sind nicht nur für das Verständnis der Vorgänge auf der Venus interessant.

Venus

Der kreisrunde Berg im Vordergrund ist eine 500 Kilometer große Corona in der Galindo-​Region der Venus. Die dunklen Rechtecke sind ein Artefakt. Foto: NASA/JPL/USGS [Großansicht]

Auf der Oberfläche der Venus entdeckten Planetenforscher schon vor Jahren auf hochauflösenden Bildern der NASA-Mission Magellan eigenartige ringförmige Strukturen. Coronae (lat. Kronen; Einzahl: Corona) werden diese genannt, und ETH-Forschende um Taras Gerya, Professor für Geophysik am Departement Erdwissenschaften, erforschten vor einigen Jahren mithilfe von Computermodellen, wie diese Strukturen entstanden sein könnten.

Bis heute gehen die meisten Forschenden davon aus, dass sogenannte Mantelplumes, die tief aus dem Inneren des Planeten aufsteigen, die kreisförmigen Strukturen an der Oberfläche hervorbringen. Mantelplumes sind Säulen aus heißem, geschmolzenen Gestein, das durch Konvektionsbewegungen im unteren Mantel bis zur Kruste gelangt. Dort breitet sich der oberste Teil der Säule pilzförmig aus. Die mitgeführte Hitze schmilzt die darüber liegende Kruste kreisförmig auf. Kontinuierlich aus der Tiefe emporsteigendes Material verbreitert den Kopf des Plume und weitet die Ringstruktur auf der Oberfläche aus – 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.

Doch die Topografie von Coronae sind mitnichten homogen oder einfach zu beschreiben. "Auf der Venus-Oberfläche kommen solche Strukturen in einer großen Vielzahl von Formen und Größen vor", sagt Anna Gülcher, Doktorandin in Geryas Forschungsgruppe. Mithilfe eines größeren Satzes von verbesserten 3D-Simulationen hat Gülcher die Coronae deshalb erneut untersucht, um die Vielfalt der Oberflächentopografie mit darunter ablaufenden Prozessen zu verknüpfen. Die neuen Simulationen zeigen, dass die Topografie einer Corona davon abhängt, wie dick und stark die Kruste an der Stelle ist, an welcher ein Mantelplume auftrifft. Dabei ging klar hervor, dass die Coronae-Topografien davon abhängen, wie aktiv die darunterliegende Magmasäule ist.

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Diese Unterscheidung erlaubte es der Forscherin und ihren Kollegen, über hundert große Coronae der Venus in zwei wesentliche Gruppen einzuteilen, nämlich solche, unter denen derzeit ein aktiver Plume aufsteigt und geschmolzenes Material mitführt, 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 Gülcher.

Alle aufgrund ihrer Aktivität eingeteilten Coronae trug die Forscherin auf einer Venus-Karte ein. Zu ihrer Überraschung konnte sie die meisten der Strukturen, die über aktiven Mantelplumes liegen, auf einem Gürtel in der unteren Hemisphäre der Venus verorten. Nur wenige aktive liegen außerhalb dieses Bandes. "Wir nannten es deshalb in Anlehnung an den 'Pazifischen Feuerring der Erde' den 'Feuerring der Venus'", so Gülcher.

Sie geht davon aus, dass der Feuerring der Venus mit einer Zone zusammenfällt, in der besonders viel Plume-Material aufstößt. Es sei jedoch wichtig zu beachten, dass auf der Erde die Plattentektonik für 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 Gürtel anordnen und was dies heißt in Bezug auf Prozesse, die sich tief im Inneren dieses Planeten abspielen, ist eine wichtige Frage. Diese könnte in künftigen Studien mit Computersimulationen im großen Maßstab angegangen werden, erklärt Gülcher.

In ihren Modellen simulieren die Forschenden nur wenige hundert Kilometer des obersten Teils eines Mantelplumes. In Realität aber könnten solche Magmasäulen über 1000 Kilometer lang sein. "Die gesamte Länge zu simulieren, kommt aufgrund der erforderlichen Rechenkapazität nicht in Frage", sagt Gülcher. Nur schon die aktuellen Simulationen sind achtmal größer als bisherige. Gerechnet wurden sie auf dem Euler-Cluster der ETH. Von ihren Erkenntnissen erhoffen sich die Planetenforschenden auch neue Einsichten darüber, wie Mantelplumes im Inneren der Erde funktionieren. Sie dürften verantwortlich sein für die Entstehung von Hotspot-Vulkanismus wie er sich beim Hawaiianischen Inselarchipel äußert.

Über die Ergebnisse ihrer Untersuchung berichtet das Team in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Nature Geoscience erschienen ist.

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siehe auch
Venus Express: Junge Lavaströme an Venusvulkan? - 19. Oktober 2016
Venus Express: Heiße Lavaströme auf der Venus? - 19. Juni 2015
Venus Express: Abschied von der europäischen Venus-Sonde - 17. Dezember 2014
Venus: Neue Hinweise auf aktive Vulkane? - 3. Dezember 2012
Venus: Deutliche Hinweise auf vulkanische Aktivität - 9. April 2010
Venus Express: Aktive Vulkane auf der Venus? - 4. April 2008
Links im WWW
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