Der neue Moon-Rush

Alle paar Jahre taucht eine Meldung auf, wie der Mond wirtschaftlich genützt werden kann. Waren das nach der Mondlandung die Massenelemente des Gesteins, das angereichert an leichten Elementen wie Titan ist, so kam mit dem Fortschritt der Kernfusionsforschung das Helium-3 in den Fokus, ein seltenes Heliumisotop, das die Kruste mit dem Sonnenwind über Milliarden Jahre angesammelt hat. Helium-3 setzte die Anforderungen für eine Kernfusion deutlich herab, ist auf der Erde aber sehr selten.

Nun gibt es eine neue Meldung, pünktlich zum 50-sten Jubiläum der Mondlandung. Der Tatbestand ist eigentlich nicht neu. Man hat schon vor Jahrzehnten am Apollo 14 Landeplatz in dem losen Oberflächenmaterial (Staub, Regolith) unter dem Mikroskop kleine Diamanten gefunden. Sie entstehen, wie das viel häufigere Glas durch die extremen Bedingungen eines Einschlags, der dann vorhandenen Kohlenstoff durch Druck und Temperatur in Diamanten verwandelt. Nur waren diese eben mikroskopisch klein, viel zu klein um sie als Schmucksteine zu nutzen und auch noch zu klein für den Einsatz in Werkzeugen.

Nachdem die NASA 2010 die Elektronenstrahl-Massenspektrometrie für die Untersuchung der Genesis-Proben erfolgreich eingeführt hatte, gab es die Genehmigung weitere Steine des geborgenen Mondgesteins zu untersuchen. Das ist äußerst selten. Der Großteil des Materials wird unverändert in kontrollierter Atmosphäre gelagert für zukünftige Generationen und neue Analysenverfahren. Wie die inzwischen 50 Jahre seit der Landung zeigen, eine weise Entscheidung. Während man relativ einfach an kleine Mengen des Feinmaterials kommt, ist es fast unmöglich einen ganzen Felsbrocken zu bekommen, speziell, wenn er für oder durch die Untersuchung verändert wird.

Für die Elektronenstrahl-Massenspektroskopie musste man die Felsen aber durchschneiden, denn die Methode sollte die interne Struktur besser aufklären. Bei ihr schlägt ein Elektronenstrahl Ionen auf der Oberfläche heraus und das Massenspektrometer bestimmte ihre chemische Struktur. Wie bei einem Elektronenmikroskop ist der Strahl fein fokussierbar. So kann man die mineralogische Struktur eines Mikrometer großen Bereichs untersuchen – das war entscheidend für die Wahl der Methode denn das Mondgestein ist sehr inhomogen und Felsbrocken bestehen aus verschiedenen Gesteinen, die durch Einschläge vermischt wurden. Mit der Methode kann diese Vermischung nun besser untersucht werden.

Beim Apollo 14 Landeplatz fanden sich bei einem von drei durchschnittenen Felsbrocken nun auch makroskopisch sichtbare Diamanten. Da sie durchschnitten waren, war eine Größenabschätzung nicht einfach. Doch man kam zum Schluss, dass die Diamanten etwa 2, 3 und 5 Karat hatten. Sie hatten hohe Farbreinheit, jedoch deutliche Einschlüsse. Das Ergebnis wurde 2012 publiziert und geriet dann in Vergessen, auch weil die Diamanten von den Forschern nicht hervorgehoben wurden. Sie waren ja an der Entstehung des Mondgesteins interessiert.

2015 erschien dann noch ein Aufsatz, der sich mit der Entstehung der Diamanten beschäftigt. Er zog dazu auch die Daten des M3-Mappers hinzu, einem Instrument auf dem indischen Mondorbiter Chandrayaan 1 das von den USA gestellt wurde. Der M3 ist ein Multispektral-Spektrometer im sichtbaren Bereich und dem nahen IR, wo viele Gesteine markante Absorptionsbanden haben. M3 konnte wegen des frühen Ausfalls der Sonde nur 20 % der Oberfläche erfassen, darunter auch den Landeplatz von Apollo 14. In den Spektren sieht man in dieser Zone eine hohe Konzentration Kohlenstoff in Form von Graphit. Man findet diese aber punktuell auch an vielen anderen Stellen. Nach dem Artikel entstehen die Diamanten in zwei Stufen. Der erste ist der Einschlag eines Kometen auf dem Mond. Kometen bestehen zum großen Teil aus flüchtigem Material. Vor allem Wasser aber auch Kohlendioxid und Methan. Aus letzten beiden soll beim Aufschlag dann vor allem Graphit entstehen. Im zentralen Bereich, können es auch die mikroskopisch feinen Diamanten sein, die man schon lange kennt. Der Einschlag bringt so hohe Temperaturen auch in der Peripherie auf, das beide Gase mit dem Oberflächengestein reagieren und zu Kohlenstoff reduziert werden. So entstehen die vielen punktuellen Kohlenstoffvorkommen, die der M3 entdeckte. Jedes steht für mindestens einen Kometeneinschlag. Der Aufsatz nutzte dies aus, um deren Zahl zu schätzen, kam aber auf eine niedrige Größenordnung. Die beste Erklärung dürfte sein, das die Erde die meisten Kometen anzieht, sodass sie den Mond verfahren. Dazu passt auch das 80 % der Vorkommen an Kohlenstoff auf der Mondrückseite liegen. Diese ist permanent von der Erde abgewandt und wird von Kometen die auf die Erde zufliegen bei den meisten Mondpositionen im Orbit zuerst getroffen.

Die Erklärung für die größeren Diamanten ist schwerer. Dazu muss ein zweiter Einschlag eines beliebigen Himmelskörpers hinzukommen. Er verschiebt erneut das Gestein, das sich vorher weiträumig verteilte und konzentriert an bestimmten Stellen den Kohlenstoff, wodurch es dann, wenn dies im Einschlagspunkt ist, durch Druck und Temperatur zu den größeren Diamanten kommen kann. Das passt sowohl zu den Verunreinigungen in den Diamanten, wie auch dazu das man diese großen Diamanten nur in einem Gestein fand, nicht aber im losen Oberflächenmaterial, das durch zahlreiche Kleineinschläge und Zertrümmerung entstand.

Der Aufsatz wurde nun aufgegriffen und jemand machte sich Mühe dies zu modellieren und in der Simulation entstanden auch Diamanten. Mehr noch die Simulation konnte Vorhersagen über die Menge machen. Demnach muss es abhängig von der Konzentration zwischen 100 und 3000 Diamanten mit mehr als einem Karat Diamanten pro Kubikmeter Material geben. Der Apollo 14 Landeplatz liegt dabei in der Mitte mit prognostizierten 800 Diamanten/m³. Die Maximalgröße eines Diamanten ist auch von der Konzentration abhängig. Am Apollo Landeplatz sollten die größten Diamanten nicht größer als 7 Karat sein, bei den höchsten Vorkommen, die man entdeckt hat, können es auch 11 Karat sein. Typisch wird sein, dass die Diamanten wie die schon bekannten weitestgehend farblos sind – es gibt kaum Elemente in der Mondkruste die färben könnten – dafür aber Einschlüsse haben. Für die Schmuckindustrie wären somit nur die großen Exemplare interessant die man so aufsögen kann, dass man kleine Diamanten ohne Einschlüsse bekommt. Für die Verwendung als Material für Bohrmeisel ist das aber kein Hemmnis.

Diese Erkenntnis hat nun zu einem neuen „Goldrausch“ geführt. China hat angekündigt auf der nächsten Sonde, Chang‘E-6 einen Selektiv-Multipsektralskanner mit hoher räumlicher und spektraler Auflösung mitzuführen. Derartige Instrumente setzt China schon erfolgreich auf der Suche nach seltenen Erden auf Satelliten ein. Es ist ein Multispekralscanner wie M3, bei dem man aber nur die Daten weniger Spektralbereiche nutzt. Meistens 3-4 Linien, in denen ein Mineral absorbiert und 4-6 weiteren Bereichen in denen es nicht absorbiert, dafür aber andere Elemente, die auch nahe des Absorptionspunkts des gewünschten Minerals absorbieren, um diese ausscheiden zu können. Da nur noch typischerweise 10 anstatt 256 oder 480 Linien ausgelesen und übertragen werden können die Instrumente eine viel höhere räumliche Auflösung erreichen.

Ähnliche Instrumente wollen auch US-Firmen entwickeln. Für sie fehlen aber noch die Fluggelegenheiten und eine eigene Raumsonde können die wenigsten finanzieren. Sie hoffen auf eine neue NASA-Sonde, bei der die Instrumente dann mitfliegen können.

Würden dann in einigen Jahren die Vorkommen von Grafit (die Diamanten sind zu wenig konzentriert um sie aus dem Orbit heraus erkennen zu können) genau kartiert sein, so könnte man nach Stellen Ausschau halten, wo man nach Diamanten suchen könnte. Das wären neuere Einschläge innerhalb dieser Zonen. Wie man die Diamanten dann aber gewinnen will, ist noch offen. Der erste Schritt ist noch relativ klar: Die größeren Steine werden zerkleinert. Aus den Bruchstücken müssen dann die Diamanten selektiert werden. Auf der Erde geschieht das über die Dichte, indem man den Gesteinsbrei mit Wasser versetzt und zentrifugiert, doch Wasser gibt es zumindest bei den bekannten Vorkommen von Diamanten auf dem Mond nicht. Eine vorgeschlagene Alternative wäre es, die Diamanten spektroskopisch zu erkennen, wie man dies bei Plastik im Müll tut. Doch auch dann hat man das Problem sie zu trennen. Mit Druckluft sie wegzublasen, wie bei das bei Plastikverpackungen in der Trennung von Verpackungsmüll gemacht wird geht ja nicht.

Natürlich braucht man noch Träger und Raumschiffe, welche die Anlagen auf den Mond schaffen und die Diamanten zur Erde und da die meisten Vorkommen auf der Mondrückseite sind noch Kommunikationsmöglichkeiten entweder in einem Mondorbit oder einem L4/L5-Lagrangepunkt.

Ich warte ja noch auf eine Stellungnahme von PlatzX, das man bald eine Diamantengewinnungsanlage auf dem Mond installiert um damit die Marsexpedition zu finanzieren …