Merkurs Oberfläche ist womöglich viel silicärmer als bisher angenommen

Merkurs Oberfläche könnte deutlich ärmer an Siliziumdioxid sein als bislang angenommen. Eine neue Studie kommt auf rund 37 Masseprozent SiO₂ in den Silikatgesteinen des Planeten. Frühere Schätzungen lagen bei etwa 49 bis 60 Prozent.140

Sollte sich der Wert bestätigen, würde das auf vulkanische Gesteine hindeuten, die durch ungewöhnlich starke und tiefe Aufschmelzung im Inneren des Merkur entstanden sind. Es gibt allerdings einen wichtigen Vorbehalt: Merkur bildete sich unter extrem sauerstoffarmen Bedingungen. Deshalb könnte ein Teil seines Siliziums in metallischer Form oder als Siliziumkarbid vorliegen – und nicht als Siliziumdioxid.3342

So wurde der SiO₂-Anteil geschätzt

Eine Sonde hat bislang kein Gestein auf Merkur direkt analysiert. Auch Proben wurden noch nicht zur Erde gebracht. Die Forschenden mussten daher einen indirekten Weg wählen: Sie untersuchten im Infrarotlicht das sogenannte Christiansen-Merkmal. Dabei handelt es sich um ein charakteristisches Maximum der Emissivität, dessen Lage sich mit dem Siliziumdioxidgehalt silikatischer Materialien verändert.130

Zunächst fertigte und vermass das Team kleine Glasperlen mit Zusammensetzungen, die für planetare Oberflächen relevant sind. Aus diesen Laborwerten entstand eine empirische Beziehung zwischen der Wellenlänge des Christiansen-Merkmals und dem SiO₂-Anteil.

Anschließend wandten die Forschenden die Kalibrierung auf hochauflösende Infrarotbeobachtungen des Mondes an. Dort konnten sie die Ergebnisse mit Gesteinsproben aus den Apollo- und Luna-Missionen sowie mit Proben der chinesischen Chang’e-Mission vergleichen. Dieser Abgleich diente als Test, bevor die Methode auf Beobachtungen des Merkur angewendet wurde.1

Die Zahl von 37 Prozent ist deshalb keine direkte chemische Analyse. Sie beschreibt am besten den aus dem Infrarotsignal abgeleiteten SiO₂-Äquivalentgehalt der Silikatbestandteile an der Oberfläche.

Hinweis auf einen extrem heißen Merkur

Ein derart niedriger Siliziumdioxidgehalt würde ein besonders extremes Bild von Merkurs Vulkanismus zeichnen. Große Teile seiner glatten Ebenen gelten als vulkanischen Ursprungs.3637 Um Laven mit so wenig Siliziumdioxid zu erzeugen, könnte der Mantel des Planeten in ungewöhnlich hohem Maß und in größerer Tiefe aufgeschmolzen worden sein – womöglich bei höheren Temperaturen als in herkömmlichen Modellen angenommen.140

Der heutige Untergrund Merkurs würde damit Spuren einer besonders intensiven frühen Phase der planetaren Differenzierung und des Vulkanismus bewahren. Der Messwert legt jedoch keine einzelne Manteltemperatur, Schmelztiefe oder Entstehungsroute fest. Diese Schlussfolgerungen hängen davon ab, wie gut die im Labor untersuchten Silikatgläser die chemisch ungewöhnliche Oberfläche Merkurs abbilden.

Alternative Erklärung: Silizium könnte anders gebunden sein

Merkur gehört zu den am stärksten reduzierten Gesteinsplaneten. Messungen haben hohe Schwefel- und vergleichsweise niedrige Eisen- und Sauerstoffgehalte gezeigt – Hinweise darauf, dass der Planet unter Bedingungen mit sehr wenig verfügbarem Sauerstoff entstand.334244

Unter solchen Bedingungen muss nicht jedes Silizium an Sauerstoff gebunden sein. Ein Teil könnte als metallisches Silizium oder als Siliziumkarbid vorkommen. Solche reduzierten Phasen könnten das Infrarotsignal so beeinflussen, dass es wie eine silikatische Oberfläche mit ungewöhnlich wenig SiO₂ erscheint.40

Die Zahl von 37 Prozent sollte daher vorsichtig interpretiert werden. Sie bedeutet nicht, dass nur 37 Prozent sämtlicher siliziumhaltiger Materialien auf Merkur aus Siliziumdioxid bestehen. Gemeint ist vielmehr eine niedrige Schätzung für den Siliziumdioxid-Anteil der Silikatoberfläche – unter den Annahmen der verwendeten Kalibrierung.

BepiColombo soll die Unsicherheit klären

Die ESA-JAXA-Mission BepiColombo nähert sich nun der entscheidenden Ankunftsphase. Das Mercury Transfer Module soll sich am 3. September 2026 abtrennen. Der Beginn der Orbit-Einschleusung ist für den 21. November 2026 vorgesehen, die vollständigen wissenschaftlichen Beobachtungen sollen im April 2027 starten.172426

Das Instrument MERTIS an Bord des Mercury Planetary Orbiter beobachtet Merkur im thermischen Infrarot, einschließlich des Spektralbereichs, in dem das Christiansen-Merkmal liegt.30 Anders als bei früheren Beobachtungen, die den Planeten im Wesentlichen als Ganzes erfassten, soll MERTIS Infrarotdaten einzelnen Regionen und geologischen Einheiten zuordnen können.

Damit lassen sich mehrere Fragen prüfen:

• Ist der niedrige SiO₂-Wert für die Oberfläche Merkurs insgesamt repräsentativ?
• Unterscheidet sich die Zusammensetzung zwischen vulkanischen Ebenen, stark zerkrater tem Gelände und anderen geologischen Einheiten?
• Sprechen regionale Muster tatsächlich für eine ungewöhnlich tiefe Aufschmelzung des Mantels?
• Deuten die Daten zusammen mit den Element- und Mineralanalysen anderer Instrumente darauf hin, dass ein Teil des Siliziums in metallischen oder karbidischen Phasen gespeichert ist?

Bis diese Messungen vorliegen, ist die vorsichtigste, aber zugleich wichtige Schlussfolgerung: Merkurs vulkanische Oberfläche könnte wesentlich weniger Siliziumdioxid enthalten als angenommen. Dahinter könnte ein außergewöhnlich heißer und stark aufgeschmolzener Mantel stehen, eine noch ungewöhnlichere sauerstoffarme Chemie – oder eine Kombination aus beidem.