Merkur-Kruste durch extremen Vulkanismus entstanden

Die Kruste des Merkurs besteht vermutlich aus stärker aufgeschmolzenem magmatischen Material als bislang angenommen. Neue spektroskopische Referenzanalysen und die Reevaluierung von Fernerkundungsdaten belegen einen unerwartet niedrigen Siliziumdioxid-Anteil (SiO₂) an der Oberfläche des Planeten. Die gewonnenen Kalibrierdaten schaffen die Grundlage, um aus künftigen Infrarot-Messdaten der ESA/JAXA-Doppelraumsonde BepiColombo präzise auf die SiO₂-Konzentrationen der Merkuroberfläche zu schließen. Das Eintreffen der Sonde im Orbit ist für November 2026 geplant; die Abtrennung der Sonden vom Transportmodul erfolgt bereits am 3. September 2026.

Differentieller Vulkanismus und Mantelaufschmelzung

Die geologische Evolution von Erde und Merkur unterscheidet sich grundlegend. Während der Vulkanismus auf dem Merkur bereits etwa eine Milliarde Jahre nach seiner Entstehung zum Erliegen kam und eine statische Kruste bildete, wird die Erdkruste durch kontinuierliche Plattentektonik umgewälzt. Die petrologische Zusammensetzung der Oberfläche liefert dabei essenzielle Parameter zur Rekonstruktion magmatischer Differentiationsprozesse.
In einer in Planetary Research publizierten Studie beziffern Forschende des Max-Planck-Instituts für Sonnensystemforschung (MPS) sowie der Universitäten Münster und Göttingen den SiO₂-Gewichtsanteil auf der Merkuroberfläche auf circa 37 % – was einem bis zu 25 % geringeren Gehalt als bisherigen Annahmen entspricht. Im Vergleich dazu weist terrestrisches vulkanisches Gestein wie Basalt, Andesit oder Granit bis zu 75 % SiO₂ auf.

„Unsere Untersuchungen sprechen dafür, dass die vulkanischen Gesteine auf dem Merkur aus stärker aufgeschmolzenem Material des Mantels entstanden sind als bisher angenommen“, so Christian Renggli, Erstautor der Studie und Leiter der Arbeitsgruppe „Experimental Laboratory Magma Ocean“ am MPS. Da sich SiO₂ durch fraktionierte Kristallisation sukzessive in Mantelschmelzen anreichert, deutet ein geringer SiO₂-Gehalt an der Oberfläche auf extrem hohe Bildungstemperaturen im Planeteninneren hin. Alternativ wird ein historischer Entgasungsprozess diskutiert, bei dem der Sauerstoffgehalt der Kruste primär reduziert wurde.

Synthetische Mikroglasperlen als spektrale Referenzstandards

Mangels bekannter Meteoriten oder In-situ-Gesteinsproben basiert die Materialanalyse der Merkuroberfläche auf infrarotspektroskopischen Fernerkundungsdaten. Zur Validierung und Dekodierung dieser Spektren synthetisierte das Forschungsteam im Labor mikroskopische Glaskügelchen (∅≈0,5″ mm“ ) mit exakt stöchiometrisch eingestellten SiO₂-Anteilen und charakterisierte deren emittierte Infrarotspektren.

„Die Glaskügelchen haben eine ähnliche Funktion wie bei einer Waage die Eichgewichte“, erklärt Iris Weber von der Universität Münster. „Ihr Gewicht ist genau bekannt. Sie erlauben es deshalb, den Ausschlag der Waage richtig zu interpretieren. Ebenso erlauben die Glaskügelchen, aus den Eigenschaften der Infrarot-Strahlung die richtigen Schlüsse zu ziehen.“ Zur Verifikation der Eichbeziehung zwischen SiO₂-Gehalt und Infrarotsemission nutzten die Forschenden den Mond als Referenzobjekt. Auf Basis der hochaufgelösten Spektralmessungen des Lunar Reconnaissance Orbiters (NASA) erstellten sie die erste vollständige SiO₂-Kartierung der Mondoberfläche. Diese wurde erfolgreich gegen reale Proben der Apollo- und Luna-Missionen validiert.
„Der Mond ist für uns eine Art Prüfstein – und ein wichtiger gedanklicher Zwischenschritt auf unserem Weg zum Merkur“, betont Christian Renggli.

Spektroskopische Validierung durch MERTIS

Nach der Validierung am Mondmodell analysierte das Team terrestrische Infrarot-Messdaten des Merkurs, unter anderem vom Bok Telescope des Steward Observatoriums (Arizona). Eine hochauflösende Bestätigung der Befunde wird vom MERTIS-Instrument (Mercury Radiometer and Thermal Infrared Spectrometer) an Bord von BepiColombo erwartet.
„Unsere Studie liefert die Voraussetzung, den Messungen von BepiColombo möglichst genaue Informationen über den Siliziumdioxid-Gehalt der Merkuroberfläche entnehmen zu können“, fasst Christian Renggli zusammen.

Quelle

Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung (08/2026)