Geowissenschaftliche Madeira Exkursion

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Vulkane im Sonnensystem (2019)

innere Planeten

Merkur

Der Merkur hat eindeutige Anzeichen für eine ehemalige vulkanische Aktivität, die anhand von Aufnahmen der bisherigen Raumsondenmissionen festgestellt werden können. Die NASA-Raumsonden Mariner 10 (1974-75) und Messenger (2008-11) haben den Planeten Merkur besucht und kartiert. Dabei wurde im Caloris-Becken, einem Einschlagkrater, ein Schildvulkan mit 95 km Durchmesser entdeckt. Die jüngeren Ebenen des Merkurs haben sich durch vulkanische Ströme gebildet. In der Frühzeit des Merkurs bis vor 1 Ga war dieser vulkanisch aktiv. Die Rachmaninoff-Senke ist ein ringförmiges Becken mit einem Durchmesser von 290 km und weist glatte Ebenen auf. Die glatten Strukturen sind durch vulkanisches Material entstanden, dass durch die Senke floss. Die Konturen und die Umgebung eines Kraters hat auffällig abgerundete Strukturen, was ein Indiz für die Bedeckung mit Vulkanasche ist.

Quelle: NASA / JHUAPL / Carnegie Institution of Washington
Vulkanischer Krater, der von feiner Vulkanasche bedeckt ist (Bildausschnitt 25 km Kantenlänge)
Abbildung: links Merkur (Quelle: NASA/MDIS), recht Mars; Einschlagskrater haben sich mit Lava gefüllt

Venus

Auf der Venus wurde aktiver Vulkanismus mit der europäischen Sonde Venus Express im Jahr 2008 entdeckt. Die kurzzeitig aktiven Vulkane befinden sich in der Region Ganiki Chasma. Mit Hilfe der Sonde wurde eine vorübergehend erhöhte Temperatur in drei Gebieten ermittelt. Der Maat Mons in einer anderen Region ist der höchste Vulkan der Venus mit mehreren kollabierten Kratern. Der Vulkan stößt Schwefeldioxid sowie Methan aus und an den Flanken finden sich Ascheströme.

Quelle: Ganika Chasma auf Venus; Shalygin, E. V. et al.: Bright transient spots in Ganiki Chasma, Venus. In: Abstracts LPSC 45, 2556.pdf, 2014, fig. 1
Quelle: JPL; Schildvulkan Maat Mons, 5 km höher als die umgebenden Gebiete

Auf der Oberfläche der Venus lassen sich kreisförmige Strukturen erkennen, die vulkanischen Ursprungs sind und Coronae genannt werden. Unter ihnen befinden sich lokale großflächige Magmaplumes. Es werden Subduktionszonen am Rand des Artemis Corona vermutet. Artemis Corona hat ein Durchmesser von 2100 km und wird durch einen 120 km breiten Graben begrenzt.

Quelle: NASA; SAR image (left) and topography (right) of Artemis Corona

Mond

Auf der Oberfläche des Erdtrabanten befinden sich gut erkennbare vulkanische Maria (Plural von Mare). Als ein Mare wird eine dunkle Tiefebene des Mondes bezeichnet, welche eine mit Lava aufgefüllte Fläche darstellt. Unterhalb der Mondoberfläche befinden sich Lavaröhren (Rillen, Rimae), die teilweise kollabiert sind oder Löcher entlang des Verlaufs alter Lavaströme aufweisen. Das Marius Hills Hole ist ein 65 m großes Loch in einer dieser Rillen, auch genannt Skylight.

Quelle: NASA; Hadley-Rinne
Quelle: NASA; 31. Juli 1971; Rand der Hadley-Rille
Quelle: NASA/LROC/ASU; 130 m breites Skylight in der Mondoberfläche des Mare Ingenii

Mars

Der Mars ist geprägt von basaltischem Vulkanismus und hat einige markante Schildvulkane auf seiner Oberfläche. Der größte Schildvulkan im Sonnensystem ist der Olympus Mons mit einem Durchmesser von 600 km und einer Höhe von 22 km, was sehr flache Flanken zur Folge hat.

Quelle: NASA, JPL (Viking 1, 1978); Olympus Mons

Die beiden benachbarten Schildvulkane Ceraunius Tholus (6400 m Höhe über seine Umgebung) und Uranius Tholus (4500 m) befinden sich in der größten Vulkanregion des Mars. Ceraunius Tholus hat eine eingestürzte Caldera im Gipfelbereich mit einem Durchmesser von 25 km. Lavaströme mündeten vom Gipfel in den Einschlagkrater am Fuß des Vulkans, bildeten ein 3,5 km breites Tal und ein Lavadelta am Kraterrand.

Quelle: ESA/DLR/FU Berlin (G. Neukum); Schildvulkane Ceraunius Tholus (links) und Uranius Tholus (rechts)

äußere Planeten

Jupitermonde

Io

Die NASA-Sonde Galileo untersuchte den Jupitermond ab dem Jahr 1997 und die Sonde New Horizons 2007, nachdem Voyager 1 erstmals Aufnahmen 1979 machte. Auf Io existieren flüssiger Schwefel in vulkanischen Calderen und hohe Eruptionswolken. Es gibt den ganzen Mond umspannenden aktiven Vulkanismus in Form von einer Vielzahl Lavaseen und Eruptionen. Die Vulkane geben Schwefeldioxid in die Atmosphäre ab und produzieren basaltische sowie ultramafische Lava. Io wird durch die Gezeitenkräfte beim Umlauf um den Jupiter im inneren stark aufgeheizt, wodurch sich unter der Kruste eine Magmaschicht bildet und sich die Wärmeeergie auf der Oberfläche freisetzt.

Quelle: NASA (Galileo, 1997)

Die größte bisher aufgenommen Eruption war die Tvashtar -Wolke mit einer Höhe von 330 km. Auf der Nachtseite des Io, der vom Jupiter angestrahlt wird, befindet sich der dunkle, hufeneisenförmige Lavasee Loki.

Quelle: NASA Photojournal; Wikimedia (New Horizons)
Quelle: NASA, Schwefelseen auf Io

Europa

Der Jupitermond Europa wurde durch den Vorbeiflug der Sonden Pioneer 10 und Pioneer 11 in den Jahren 1973 und 1974, sowie mit Voyager 1 und Voyager 2 1979 fotografiert und erstmals näher untersucht. Auf der Oberfläche lassen sich Anzeichen von Kryovulkanismus finden. Die Lineae entstehen durch den Ausbruch von Geysiren oder den Kryovulkanismus. Dabei wird die Kruste auseinander gedrückt und formen die gut sichtbaren dunklen Lineae. Die Geysire speien dabei Wasser in das Weltall, dass aus einem flüssigen Ozean unter der festen Eiskruste stammt.

Quelle: NASA/JPL-Caltech; künstlerische Darstellung; Geysire auf der Oberfläche von Europa; im Hintergrund Saturn und Io
Quelle: NASA/JPL/Arizona State University; 130 km Breite des Bildausschnitts; Lineae und Domes

Saturnmonde

Enceladus

Der Saturnmond Enceladus hat in einigen Bereichen eine relativ junge Oberfläche von etwa 100 Ma, was bedeutet, dass der Mond geologisch aktiv ist. Der Kryovulkanismus in den aktiven Zonen zeigt sich anhand von großen Fontänen, die an großen Rissen eruptieren. An diesen sogenannten Tigerstreifen herrscht eine erhöhte Temperatur, da hier erwärmter Wasserdampf mit organischen Molekülen in das Weltall gelangt. Die Ausstoßprodukte speisen einen Saturnring (E-Ring), in dessen die Umlaufbahn des Enceladus liegt.

Quelle: NASA/JPL-Caltech (Mächtigkeit der Schichten nicht maßstabsgetreu)
Quelle: NASA/JPL/Space Science Institute

Titan

Auf dem Titan existieren Kryovulkane, die Methan ausstoßen. In der Atmospähre lässt sich eine Methankonzentration von 2-6 % feststellen, das durch Kryovulkanismus neu gebildet wird. Auf der Oberfläche fließt flüssiges Methan in Flüssen und Seen. Die ESA-Sonde Huygens landete im Jahr 2005 auf Titan, während das die NASA-Sonde Cassine den Mond umkreiste. Die Energiequelle für die Ausbrüche von Kohlenwasserstoffvulkanen stammt von den Gezeitenkräften zwischen Titan und Saturn, die eine flüssige Schicht aus Eiswasser und Kohlenwasserstoffen unterhalb der Obefläche hervorruft.

Quelle: NASA, JPL / Caltech / USGS / University of Arizona
Quelle: NASA/VIMS-Team
Quelle: NASA/VIMS-Team

Neptunmonde

Triton

Der Neptunmond Triton besitzt eine Kruste aus Wassereis mit einem darunter liegenden ammoniakreichen Ozean. Die ersten Geysire wurden 1989 von Voyager 2 aufgenommen. Die Geysire eruptieren dabei Stickstoff. Der Ozean ist bei -90°C flüssig. Die Energie dafür stammt aus dem radioaktiven Zerfalle im Inneren des Mondes und der Gezeitenreibung beim Umlauf um Neptun.

Quelle: NASA (Voyager 2, 1989)
Quelle: https://www.flickr.com/photos/60641329@N02/5577351640; Stickstoffgeysir auf Triton, im Hintergrund Neptun; künstlerische Darstellung

Zwei Wallebenen Tuonela Planitia (links) und Ruach Planitia (Mitte) sind ehemalige Einschlagbecken und wurden durch vulkanische Flutereignisse verfüllt.

Quelle: NASA

Zwergplaneten

Ceres (Zwergplanet im Asteroidengürtel)

Das größte Objekt im Asteroidengürtel zwischen Mars und Jupiter ist der Zwergplanet Ceres. Die Sonde Dawn hat den Eisvulkan Ahuna Mons kartografiert, der 4 km hoch und 17 km breit ist. Die Erhebung wird auf ein Alter von 50 bis 150 Ma anhand seiner Fließrate geschätzt, wenn das Gebiet bei der Planetenrotation in Richtung Sonne zeigt. Die Vulkankuppel aus Lava besteht aus flüssigem Wasser, Eis, Silikaten und gelösten Salzen, die helle Streifen erzeugen.

Quelle: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA
Quelle: NASA/JPL-Caltech/UCLA/MPS/DLR/IDA

Pluto (Transneptunischer Zwergplanet)

Auf dem Zwergplanet Pluto gibt es Anzeichen für Eisvulkane in einer Region an dessen Südpol. Die Sonde New Horizons erreichte Pluto und seine Monde im Jahr 2015. Die erforderliche Wärme stammt wahrscheinlich aus dem Zerfall von radioaktiven Elementen im Inneren von Pluto. Auf der Oberfläche lässen sich Calderastrukturen erkennen, die eindeutig nicht durch Impaktereignisse entstanden sein können. Die Strukturen sind zwischen drei und fünf Kilometer hoch mit einer Ausdehnung von 130 bis 170 km.

Quelle: NASA
Quelle: NASA / JHUAPL / Southwest Research Institute

Plutomonde

Charon

Die Oberfläche des Charon ist wahrscheinlich von einer Eisschicht bedeckt, die durch Kryovulkanismus entsteht. Dabei wächst die Eisschicht alle 100 000 Jahre um 1 mm. Unter der Oberfläche befinden sich Reservoirs aus Wasser, das als Eis durch Geysire niederregnet und helle Bereiche hinterlässt.

Quelle: Software Bisque, Mark C. Petersen, Loch Ness Productions, Sky-Skan, Inc.; helle Bereiche aus Eis; im Hintergrund Pluto