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Antrag Schwerpunktprogramm ”Mars und die terrestrischen Planeten”
der SNC-Meteorite beruhen, ergeben eine Kernmasse, die erheblich größer als die ist, die man aus
dem geophysikalisch bestimmten Trägheitsmoment berechnet. Die Lösung dieser Diskrepanz ist von
weitreichender kosmochemischer und planetenphysikalischer Bedeutung.
Die Aufbaumodelle werden mit Hilfe von Informationen verbessert, die im Rahmen des Schwerpunkts
gewonnen werden sollen (physikalisch-chemische Laboruntersuchungen, SNC-Meteorite und in-situ
Untersuchungen) und natürlich mit den Ergebnissen zukünftiger Missionen insbesondere der seismischen
Experimente von NETLANDER. Anträge zu diesem Themenfeld werden von F. Sohl und T.
Spohn (Münster) und P. Janle (Kiel) erwartet.
Thermische Entwicklungsrechnungen und Modelle zur Manteldynamik. Thermische Entwicklungsrechnungen
und Modelle der Manteldynamik verknüpfen die unterschiedlichen Prozesse, die aus
dem Vorrat an innerer Energie des Planeten schöpfen. Zu diesen Prozessen gehören Vulkanismus,
Tektonik, Ausgasung des Planeteninneren, Differentiation durch Kern- und Krustenbildung und Erzeugung
des Magnetfeldes. Sie sind deshalb in besonderer und komplexer Art von einer Vielfalt empirischer
Ergebnisse abhängig, auch von solchen, die im Rahmen des Schwerpunkts gewonnen werden
sollen. Sie werden aus geologischen Arbeiten resultieren, aus Analysen der SNC-Meteorite und aus
in-situ Untersuchungen, aus physikalisch-chemischen Laboruntersuchungen und nicht zuletzt aus
Aufbaumodellen, die eine wesentliche Grundlage für die Entwicklungsrechnungen darstellen. So wurde
z.B. die Temperaturverteilung nach Akkretion und Kernbildung bisher wenig untersucht und ist
kaum verstanden. Die weitere thermische Entwicklung und die des Magnetfelds hängen jedoch stark
von dieser Temperaturverteilung ab. Durch eine genauere Untersuchung der entscheidenden physikalischen
Prozesse ist eine bessere Bestimmung des Temperaturverlaufs zu Beginn der Evolution
möglich, die für weitere thermische Modellrechnungen hilfreich ist.
Eine weiter ungelöste Frage ist die Entstehung der Tharsis-Region. Der bisher angenommene große
und stabile Mantelplume unterhalb dieser Region folgt nicht aus einfacher thermischer Konvektion,
wenn Kernkühlung berücksichtigt wird. Dies gilt selbst bei Berücksichtigung der Phasengrenzen. Es
müssen neue Mechanismen oder Prozesse gefunden und untersucht werden, die zu jenem stabilen
Vulkanismus führen konnten, welcher die riesige vulkanische Aufwölbung erzeugte. Eine mögliche
Schlüsselrolle könnte dabei eine globale Schmelzzone einnehmen, die wahrscheinlich während einer
langen Zeit der Evolution unter der Lithosphäre vorhanden war. Eine andere Möglichkeit wäre eine
chemische Schichtung des Mantels.
Die Manteldynamik beeinflusst stark die Magnetfeldbildung, insbesondere dann, wenn ausschließlich
thermische Konvektion im Kern stattfindet. Hier sind jedoch weitere und detailliertere Untersuchungen
der Modelle nötig, um die Geschichte des Magnetfeldes des Mars besser zu verstehen. Weiterhin sind
Gemeinsamkeiten oder Unterschiede in der thermischen Entwicklung und der Magnetfeldentwicklung
der terrestrischen Planeten herauszuarbeiten.
Zweidimensionale und dreidimensionale Modelle der Manteldynamik mit tiefenabhängigen Materialparametern
stellen zur Zeit keine unüberwindbaren Herausforderungen dar. Thermische Entwicklungsrechnungen
können einerseits mit zweidimensionalen und dreidimensionalen Konvektionsmodellen
berechnet werden. Diese sollten aber wegen der höheren Rechenkapazitätsanforderungen
auch mit parametrisierten Modellen berechnet werden. Der Vergleich mit vollen Konvektionsmodellen
zeigt durchaus hoffnungsvolle Ansätze, wenn neue Parametrisierungen für Konvektion in Fluiden mit
temperaturabhängiger Viskosität verwendet werden. Die Manteldynamik kann mit Modellen zur Berechnung
der Wechselwirkung zwischen Atmosphäre und Planetosphäre, der Schmelzbildung und
damit der vulkanischen Aktivität und des Krustenwachstums, der Tektonik und mit Modellen der
Thermodynamik des Kerndynamos verknüpft werden. Anträge in diesen Feldern werden von D. Breuer
und T. Spohn (Planetologie Münster); U. Hansen (Geophysik, Münster) und U. Walzer (Geophysik
Jena) erwartet.
Kraterbildung. Zum Verständnis der exogene Dynamik sind Modelle zur Kraterentstehung bedeutsam.
Diese Modelle werden einerseits empirische Daten von Kratern integrieren und andererseits
voraussagen, wie der Materialtransport während und nach dem Einschlag, die Bildung der Kraterhohlform,
die Relaxation des Kraters und die Bildung von Auswurfdecken verläuft. Darüber hinaus ist der
Zusammenhang zwischen Objekt- und Kratergröße bedeutsam. Kratermodelle werden von G. Neukum
(Berlin) und M. Lange (Geophysik Münster) berechnet. Diese Modelle sind auch bedeutsam für
Fragen im Zusammenhang mit der Herkunft der SNC-Meteorite, die ja wahrscheinlich in der Folge von
Impaktereignissen von Mars ausgeworfen wurden. Diese Prozesse sind bis heute nicht gut verstanden.
Darüber hinaus sollten die Schockbelastungen der Meteorite und der Zusammenhang zur Kraterdynamik
untersucht werden.
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