ETH Zürich weist geologische Aktivität auf der Venus nach

Bisher galt die Venus in der Forschung weitgehend als tektonisch erstarrt. Viele Experten schätzten, dass die charakteristischen Grabensysteme des Planeten vor mehr als 100 Millionen Jahren entstanden seien und lediglich als Relikte der Vergangenheit existierten. Diese Annahme wird nun durch neue Simulationen der ETH Zürich infrage gestellt, die auf eine geologisch aktive Venus hindeuten.

Drei Dimensionen gegen vereinfachte Modelle

Der entscheidende Fortschritt der Untersuchung liegt in der Methodik. Während frühere Modellierungen der venusianischen Tektonik überwiegend zweidimensional waren und auf vereinfachten Materialannahmen basierten, nutzte das Team um Professor Taras Gerya eine hochauflösende, dreidimensionale Simulation. Die Forscher verwendeten eine sogenannte visko-elasto-plastische Rheologie. Dieses Modell beschreibt präzise, wie Gestein unter dem Einfluss von Druck und Hitze fließt, sich elastisch verformt oder bricht.

In den Simulationen testete das Team verschiedene Szenarien für eine etwa 20 Kilometer dicke Kruste aus Basalt und Gabbro. Dabei wurden Dehnungsraten von einem, drei und zehn Zentimetern pro Jahr geprüft. Ein zentrales Ergebnis war, dass die Kruste über einer ausreichend dicken, festen Schale – der thermischen Lithosphäre – liegen muss, damit sich überhaupt Brüche bilden; Versuche mit einer nur 100 Kilometer dicken Lithosphäre scheiterten daran, Grabentäler zu erzeugen. Die Forscher setzten daher eine rund 150 Kilometer dicke Lithosphäre voraus.

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Riftflanken als geologische Zeitmarken

Um festzustellen, ob ein Graben aktiv ist oder bereits erloschen ist, konzentrierte sich das Team auf die sogenannten Flankenhebungen – breite Aufwölbungen an den Rändern der Gräben. Da es auf der Venus keine Erosion durch Wasser oder Wind wie auf der Erde gibt, flachen diese Flanken lediglich durch die Entspannung der Planetenkruste ab.

Die Simulationen zeigten, dass breite Flankenhebungen von 100 Kilometern oder mehr innerhalb weniger zehn Millionen Jahre deutlich abflachen. Bleiben die Flanken hingegen steil und breit, ist dies ein Beleg für eine aktuelle oder erst kürzlich aktive Dehnung. Die Modelle weisen zudem darauf hin, dass sich die Gräben mit einer Geschwindigkeit von drei bis zehn Zentimetern pro Jahr öffnen, was schneller ist als bisher angenommen.

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Dali, Ganis und Devana: Die Beweisstücke

Der Abgleich der Modelle mit realen Daten aus dem Topografiemodell VenusTopo719 führte zur Untersuchung dreier spezifischer Grabentäler.

• Dali Chasma: Weist an der Westseite einen steilen Hang mit einem Höhenversatz von etwa fünf Kilometern und Flankenbreiten von im Schnitt 110 Kilometern auf.
• Ganis Chasma: Zeigt Flanken mit einer Breite von etwa 160 Kilometern.
• Devana Chasma: Besitzt die breitesten Flanken mit mehr als 180 Kilometern.

Diese Merkmale entsprechen den Modellen für aktive Gräben bei einer Diabas- oder Granulitkruste. Daraus schließt das Forschungsteam, dass diese drei Systeme gegenwärtig oder erst vor wenigen zehn Millionen Jahren aktiv waren. Insgesamt bedecken solche Grabenbrüche, in der Fachsprache Chasmata genannt, etwa acht Prozent der Venusoberfläche und erreichen eine Gesamtlänge von rund 40.000 Kilometern. Einzelne Systeme erstrecken sich über bis zu 10.000 Kilometer, was sie vergleichbar mit den längsten Rücken der Erde macht, auch wenn die Venus im Gegensatz zur Erde keine Plattentektonik besitzt.

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Auswirkungen auf zukünftige Missionen der NASA und ESA

Die Erkenntnisse über das lebhaftere Innenleben der Venus haben direkte Auswirkungen auf die Planung kommender Raumfahrtmissionen. Sowohl die NASA als auch die ESA planen mehrere Einsätze zum Nachbarplaneten. Die Ergebnisse der ETH-Forscher könnten dabei helfen, gezielt aktive Regionen zu identifizieren, die für Messinstrumente von besonderem Interesse sind.

Ein konkretes Beispiel ist die ESA-Mission EnVision, die für den Start Anfang der 2030er-Jahre geplant ist. An dieser Mission sind auch die ETH-Professoren Taras Gerya und Paul Tackley beteiligt, die derzeit Messinstrumente für den Orbiter entwickeln, um den Planeten vom Kern bis zur Atmosphäre zu untersuchen. Neben dem besseren Verständnis der Venus hoffen die Forscher, durch die Studie auch Hinweise darauf zu finden, wie Gesteins-Exoplaneten in anderen Sonnensystemen besser aufgespürt werden können.