Die dunkle Oberfläche des Merkur könnte der Überrest einer erstaunlichen Graphitkruste sein, die in den frühen Tagen des Planeten entstand. Graphit ist eine natürliche kristalline Form von reinem Kohlenstoff. Er ist grau bis schwarz und bildet unter anderem die Mine unserer Bleistifte.
Um ihren Ursprung zu verstehen, muss man in eine Zeit zurückgehen, in der Merkur noch sehr heiß war. Ein großer Teil seiner Gesteine war damals geschmolzen und bildete einen gewaltigen Magmaozean. Der in diesem Gemisch enthaltene Kohlenstoff konnte mehrere Wege nehmen: im Magma verbleiben, in den Metallkern gelangen oder Graphit bilden.
Künstlerische Darstellung der Sonde MESSENGER in einer Umlaufbahn um Merkur.
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Forschende haben im Labor die Bedingungen nachgebildet, die in den Tiefen des jungen Merkur herrschten. Sie setzten verschiedene Materialien hohen Drücken und Temperaturen von über 2.000 °C aus. Anschließend maßen sie, wie sich der Kohlenstoff zwischen dem geschmolzenen Gestein und dem Metall verteilte.
Das Ergebnis hängt stark von der Menge des für die chemischen Reaktionen verfügbaren Sauerstoffs ab. Merkur entstand in einer sehr sauerstoffarmen Umgebung. Unter diesen besonderen Bedingungen gelangt Kohlenstoff weniger leicht in das Metall. Eine größere Menge kann daher im Magmaozean verbleiben und sich beim Abkühlen in Graphit umwandeln.
Graphit ist jedoch deutlich weniger dicht als die ihn umgebenden Gesteine und Metalle. Er kann daher zur Oberfläche des Magmas aufsteigen. Im Laufe der Abkühlung hätte diese Trennung eine erste graphitreiche Kruste hervorgebracht. Die Forschenden berechnen, dass die Schicht, die den Beobachtungen am besten entspricht, ursprünglich etwa 40 bis 120 Meter dick gewesen sein dürfte.
Schematische Darstellung der Verteilung des Kohlenstoffs im Merkur, von seiner Entstehung bis heute.
Diese alte Oberfläche ist heute nicht mehr intakt. Milliarden Jahre lang haben Meteoriteneinschläge und vulkanische Aktivität die Materialien durchmischt. Die Sonde MESSENGER entdeckte dennoch besonders dunkle und kohlenstoffreiche Gebiete. Diese Beobachtungen hatten bereits zur Annahme einer alten, schwimmenden Graphitkruste geführt.
Die Studie liefert außerdem Erkenntnisse über den gewaltigen Kern des Merkur, der etwa 70 % der Masse des Planeten ausmacht. Die Berechnungen zeigen, dass dort nur eine vergleichsweise geringe Menge Kohlenstoff vorhanden sein könnte. Er würde daher allein nur schwer erklären, warum der Kern weniger dicht ist als reines Eisen. Silizium und Schwefel dürften eine wichtigere Rolle spielen.
Diese Ergebnisse können mit neuen Messungen des Merkur verglichen werden. Die Mission BepiColombo soll seine Oberfläche, seine Zusammensetzung und seine innere Struktur mit mehreren Instrumenten untersuchen. Diese Daten werden insbesondere helfen, die vorhandene Kohlenstoffmenge genauer zu bestimmen und das Szenario einer alten Graphitkruste zu überprüfen.