Olympus Mons, der grösste Vulkan des Sonnensystems Lernziele Abbildung 1: Olympus Mons (Mosaik aus mehreren Bildern) 1.) Sie können neben der Erde weitere Himmelskörper unseres Sonnensystems nennen auf denen es Vulkanismus gibt. 2.) Sie können Vulkankrater von Meteoritenkratern (Impaktkratern) unterscheiden. 3.) Sie können erklären, wie Planetologen (Planetenforscher) das Alter einer Landschaft auf dem Mars oder einem anderen Himmelskörper abschätzen. 4.) Sie erkennen Schildvulkane anhand ihres Querschnitts. 5.) Sie können erklären, warum Schildvulkane auf dem Mars viel grösser geworden sind als auf der Erde. Seite 1
Einführung Die Erforschung vieler Himmelskörper unseres Sonnensystems mit unbemannten Raumsonden (und im Falle des Mondes auch durch Astronauten) hat ergeben, dass der Vulkanismus unserer Erde nicht einmalig ist. Besonders viele Vulkane gibt es auch auf Venus, doch ist nicht sicher, ob sie noch tätig sind. Auf dem Jupitermond Io ereigneten sich beim Vorbeiflug der zwei Raumsonden «Voyager I» und «Voyager II», sowie während der Erforschung durch die Sonde «Galileo», grosse Eruptionen. Heute können diese mit Grossteleskopen sogar von der Erde aus beobachtet werden. Am besten Bescheid über «extraterrestrischen Vulkanismus» wissen wir beim Mars, da verschiedene Raumsonden (Viking I und II, Mars Global Surveyor, oder die europäische Sonde Mars Express) den Planeten jahrelang umkreisten und von allen Seiten fotografierten. Mars ist etwas weiter von der Sonne entfernt und etwas kleiner als die Erde: Abbildung 2: Grössenvergleich Erde und Mars Planet mittlere Entfernung von der Sonne Durchmesser Erde 149.6 Millionen km 12'706 km Mars 227.4 Millionen km 6'787 km Auf den Bildern der Raumsonden entdeckten die Planetenforscher Dutzende von Vulkane, aber es gibt noch viel mehr Krater, die nichts mit Vulkanismus zu tun haben. Es handelt sich bei diesen um Impaktkrater, also solchen, die durch den Aufprall von Meteoriten entstanden sind: Seite 2
Abbildung 3: Links Impaktkrater Kaiser (mittelgrosser, alter Krater mit kleineren, jüngeren); rechts namenloser, kleiner, aber sehr frischer Impaktkrater (beachte das vom Krater weg geschleuderte Material in der Umgebung). Wie kann man Impaktkrater von Vulkankratern unterscheiden? Das Innere von Impaktkratern liegt normalerweise tiefer als die Umgebung. Im folgenden Bildbeispiel sieht man zwei Vulkane mit Vulkankratern auf dem höchsten Punkt des Kegels; alle anderen Krater auf dem Bild sind Impaktkrater: Abbildung 4: Marsvulkane Ceraunius Tholus (unten) und Uranius Tholus (oben) Seite 3
Olympus Mons Der bei weitem höchste und breiteste Mars-Vulkan ist Olympus Mons. Nebenbei: der Olymp ist auch ein (nicht vulkanischer) Berg in Griechenland; er wurde in der Antike als Wohnsitz des Zeus, des Göttervaters, angesehen. Über die gigantischen Dimensionen von Olympus Mons gibt die Abbildungen unten Auskunft: Abbildung 5: Olympus Mons hat einen Durchmesser von 550 Kilometern! Sein Gipfel ragt 24'000 Meter über die Umgebung auf; der Gipfelkrater selbst ist 2500 Meter tief. Weshalb ist Olympus Mons so riesig? Die Planetologen sehen dies heute folgendermassen: Der Planet Mars ist einerseits gross genug, um in seinem Innern für aktiven Vulkanismus genügend Hitze zu speichern. Andererseits ist er doch kleiner als die Erde: seine äusseren Schichten kühlten sich stärker ab. Er hat deshalb keine aktive Plattentektonik, wie unser Planet: Die Marskruste bewegt sich nicht (oder: allenfalls nicht mehr). Es gibt keine Platten, die auf einem beweglichen Mantel herumschwimmen. Wenn sich nun in der Urzeit des Mars irgendwo ein Vulkan bildete, floss die Lava seither immer am gleichen Ort aus. Wahrscheinlich dauerte die vulkanische Aktivität beim Olympus Mons Milliarden Jahre. Immer mehr Lava trat am gleichen Ort aus und bildete den grössten Vulkan des gesamten Sonnensystems. Seite 4
Anders auf der Erde: An Subduktionszonen werden Vulkane «vernichtet». Oder: Hot Spot-Vulkane (wie die Hawaii-Inseln) werden «am laufenden Band» erzeugt, aber schliesslich immer vom Magmaherd weggezogen, so dass sie nicht «in den Himmel wachsen». Die Vulkanologie ermöglicht uns also interessante Hinweise auf das Innere des Planeten Mars und über Ähnlichkeiten, aber auch Unterschiede zur Erde. Ist Olympus Mons noch aktiv? Ob irgendwelche Mars-Vulkane derzeit noch aktiv sind, wissen wir vorderhand nicht. Es gibt aber Hinweise darauf, dass sie in geologisch junger Vergangenheit noch ausgebrochen sind: Eine verhältnismässig einfache, wenn auch ungenaue Art, das Alter einer Planetenoberfläche zu bestimmen liegt darin, die Anzahl Impaktkrater pro Quadratkilometer zu zählen. Ist eine Oberfläche alt (hat sie sich also seit Milliarden Jahren nicht mehr umgebildet), befinden sich auf ihr viele Impaktkrater: Abbildung 6: Geologisch alte Marsoberfläche. Seit langer Zeit traten hier keine grossengeologischen Veränderungen mehr auf ausser Einschläge von Meteoriten. Deshalb ist das Gebiet mit Impaktkratern übersäht. Bildbreite rund 100 km. Aufgaben 1.) Vergleichen Sie Abbildung 6 mit Abbildung 5. Welche Rückschlüsse kann man über den Vulkan Olympus Mons ziehen? 2.) Olympus Mons ist ein Schildvulkan (=> Photoglossar Stromboli online!). Kontrollieren Sie diese Aussage durch das Zeichnen eines vereinfachten Querprofils (Breite 550km; Höhe 24km; einen Massstab suchen Sie selber). Der Vulkanquerschnitt kann einfach ein Dreieck sein. Bildquellen: http://marsprogram.jpl.nasa.gov/index.html http://www.star.ucl.ac.uk/~idh/solar/eng/homepage.htm Seite 5
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Mögliche Lösungen Aufgabe 1 Im Bild erkennt man fast keine Impaktkrater. Im zentralen Gipfelbereich des Vulkans gibt es zwar eine riesige, komplizierte Caldera (einander überlagernde Vulkankrater). Klar als solche erkennbare, durch Meteoriteneinschlag entstandene Impaktkrater, sieht man aber nur drei: je einer rechts und unterhalb der Gipfelcaldera sowie ein weiterer in der linken oberen Bildecke. Das heisst, dass diese Region geologisch jung ist. Lavaströme des Olympus Mons oder andere geologische Prozesse haben früher zweifellos vorhandene, zahlreiche Impaktkrater zugedeckt oder abgetragen. Aufgabe 2 Wählt man zum Beispiel den Massstab 1:3'000'000, wird der Vulkan etwa 18 cm breit, aber nur 0.8 cm hoch. Ähnlich flach sind auch irdische Schildvulkane auf Hawaii (zum Beispiel Mauna Loa oder Kilauea) und in Island. Copyright Alle Materialien dieser Unterrichtseinheit stehen für den nicht kommerziellen Gebrauch im Unterricht frei zur Verfügung. Die Materialien dürfen ohne Zustimmung der Autoren J. Alean und M. Fulle hingegen nicht anderswo auf dem Web angeboten oder zu kommerziellen Zwecken weiter verwendet werden. http://www.stromboli.net Seite 7