Bisherige Theorie überholt? Die Venus ist offenbar doch geologisch aktiv

Ein Team der ETH Zürich hat drei Grabensysteme des Nachbarplaneten simuliert. Das Ergebnis legt nahe, dass sich die Venus bis heute dehnt und aufreißt. Die Venus galt in der Forschung bislang als tektonisch erstarrt. Eine neue Studie stellt dieses Bild infrage: Ein Team der ETH Zürich kommt mithilfe dreidimensionaler Computermodelle zu dem Schluss, dass mehrere große Grabenbrüche auf dem Nachbarplaneten entweder gegenwärtig aktiv sind oder erst innerhalb der vergangenen wenigen zehn Millionen Jahre zur Ruhe kamen – geologisch betrachtet ein kurzer Zeitraum. Weiterlesen nach der Anzeige Die Arbeit von Xi Yang, Taras V. Gerya (beide ETH Zürich) und Anna J. P. Gülcher (Universität Freiburg und Universität Bern) erschien am 24. Juli im Fachjournal Nature Geoscience. Riesige Grabensysteme ohne Plattentektonik Grabenbrüche – in der Fachsprache "Chasmata" – sind langgestreckte, tiefe und steilwandige Strukturen, die entstehen, wenn die Kruste eines Planeten auseinandergezogen wird und aufreißt. Auf der Venus sind sie weit verbreitet: Zusammen erreichen sie eine Länge von rund 40.000 Kilometern und bedecken etwa acht Prozent der Oberfläche. Einzelne Systeme erstrecken sich über bis zu 10.000 Kilometer und ähneln damit den längsten Rücken der Erde. Als irdisches Gegenstück nennen die Autoren das Ostafrikanische Grabensystem, das jedoch deutlich kleiner ausfällt als seine venusianischen Pendants. Anders als auf der Erde gibt es auf der Venus keine Plattentektonik – das hatten bereits die globalen Beobachtungen der Nasa-Sonde Magellan in den 1990er-Jahren nahegelegt. Zugleich ist die Venus der Erde physikalisch sehr ähnlich: Mit Blick auf Masse und Umfang entspricht sie etwa 95 Prozent der Erdgröße. Ihre extremen Oberflächentemperaturen und die giftige Atmosphäre machen den Planeten jedoch lebensfeindlich. Bislang gingen die meisten Fachleute davon aus, dass die Venus geologisch inaktiv ist; einige Schätzungen datierten die Entstehung der Grabensysteme auf einen Zeitpunkt vor mehr als 100 Millionen Jahren. Weiterlesen nach der Anzeige Breite Flanken als Zeitmarke Die zentrale Größe der Studie sind die sogenannten Flankenhebungen – breite Aufwölbungen entlang der Ränder eines Grabens. Frühere Modellierungen der venusianischen Tektonik waren überwiegend zweidimensional und stützten sich auf vereinfachte Annahmen zum Materialverhalten. Yang und Kollegen rechneten dagegen dreidimensional mit einer realitätsnahen visko-elasto-plastischen Rheologie, also einem Materialmodell, das beschreibt, wie Gestein unter Druck und Wärme fließt, sich elastisch verformt und bricht. Die Modelle prüften drei mögliche Zusammensetzungen einer 20 Kilometer dicken, basaltisch-gabbroiden Kruste sowie langsame, mittlere und schnelle Dehnungsraten von einem, drei und zehn Zentimetern pro Jahr. Als Ausgangspunkt setzten die Forscher eine rund 150 Kilometer dicke thermische Lithosphäre voraus – die feste äußere Gesteinsschale des Planeten. Versuche mit einer nur 100 Kilometer dicken Lithosphäre erzeugten keine gebrochenen Grabentäler; die Kruste muss demnach über einer ausreichend dicken, festen Schale liegen, damit sich Brüche bilden. Warum die Flanken das Alter verraten Um aktive von erloschenen Gräben zu unterscheiden, ließ das Team die Modelle nach dem Ende der Dehnung weiterlaufen und beobachtete, wie sich die Topografie durch isostatischen Ausgleich einebnet. Das Ergebnis: Breite Flankenhebungen von rund 100 Kilometern oder mehr flachen sich innerhalb weniger zehn Millionen Jahre deutlich ab. "Je älter das Grabensystem, desto weniger steil und schmal sind seine Flanken", so die Autoren. Damit gelten ausgeprägte, breite Flanken als Kennzeichen einer aktuell oder erst kürzlich aktiven Dehnung. Drei verdächtige Gräben Für den Abgleich mit realen Daten aus dem Topografiemodell VenusTopo719 untersuchte das Team drei Grabentäler. Das Dali Chasma in der Region Atla zeigt an seiner Westseite einen steilen Hang mit einem Höhenversatz von etwa fünf Kilometern und weist Flanken von im Mittel rund 110 Kilometern Breite auf. Das benachbarte Ganis Chasma bringt es auf etwa 160 Kilometer, das Devana Chasma in der Region Beta auf mehr als 180 Kilometer breite Flanken. Diese Merkmale entsprechen den modellierten frühen, aktiven Gräben bei einer festen Diabas- oder Granulitkruste und Dehnungsraten von drei bis zehn Zentimetern pro Jahr – nach einer Gesamtdehnung von etwa 60 bis 70 Kilometern. Daraus schließt das Team, dass die Gräben von Ganis, Dali und Devana gegenwärtig oder erst vor wenigen zehn Millionen Jahren aktiv waren. Diese Einordnung deckt sich mit weiteren Hinweisen, darunter geologische Kartierungen, Modelle der Lithosphärenbiegung mit hohem Wärmefluss sowie Beobachtungen von Vulkanismus entlang der Gräben aus optischen und Radardaten. Antrieb aus der Tiefe Auffällig ist die Geschwindigkeit: Drei bis zehn Zentimeter pro Jahr liegen über den Werten, die üblicherweise für die Venus angenommen werden, und entsprechen eher schneller kontinentaler Dehnung auf der Erde. Als Ursache erwägen die Forscher aufsteigendes heißes Mantelmaterial – sogenannte Mantelplumes, säulenförmige Aufströme aus dem tiefen Planeteninneren. Dazu passt, dass die untersuchten Gräben in den Regionen Atla und Beta markante Dreifachpunkte bilden, wie sie sich durch mehrdirektionale Dehnung erklären lassen. Die Autoren benennen zugleich Grenzen ihrer Arbeit: Das Modell geht von einer homogenen Lithosphäre und einer Dehnung in nur eine Richtung aus. Reale Unterschiede in der Krustendicke, die Rolle von Mantelplumes, mehrdirektionale Dehnung sowie Hangrutsche, die Grabentäler verbreitern könnten, blieben unberücksichtigt und sollten künftige Studien einbeziehen. Vorlage für kommende Missionen Nach Einschätzung des Teams könnten die Modelle künftige Missionen von Nasa und ESA leiten, indem sie potenziell aktive Regionen für eine genauere Untersuchung eingrenzen. Die ETH-Geophysikprofessoren Paul Tackley und Taras Gerya sind mit ihrer Gruppe an der ESA-Mission EnVision beteiligt und entwickeln Instrumente, mit denen der Orbiter die Oberfläche detaillierter analysieren soll. EnVision soll Anfang der 2030er-Jahre starten und die Venus "vom Kern bis zur oberen Atmosphäre" erkunden. Über die Venus hinaus sehen die Autoren Anwendungen für die Erforschung von Gesteinsplaneten allgemein – auch bei der Suche nach felsigen Exoplaneten außerhalb des Sonnensystems, die möglicherweise Leben tragen könnten. Ihr Fazit fällt deutlich aus: Die Venus bleibe geologisch "lebendig" und beherberge sogar aktive Vulkane.