Regolith: Lockere Oberflächenschichten auf planetaren Körpern

Regolith bezeichnet die lockere, meist unsortierte Deckschicht auf festen planetaren Körpern wie Erde, Mond, Mars, Asteroiden oder Monden. Sie umfasst zerkleinertes Gestein, Mineralfragmente, Staub, teilweise Eis sowie gelegentlich organische Komponenten, ist jedoch im Unterschied zu Boden (soil) nicht zwingend biologisch geprägt. Für Werkstoffwissenschaft und Ingenieurgeologie ist Regolith ein natürliches Mehrphasen-Verbundsystem mit breiten Korngrößenverteilungen und komplexer Mechanik.

Die Entstehung erfolgt durch physikalische und chemische Verwitterung, Stoßfragmentierung (Impaktprozesse), Kryofraktur, Salzsprengung sowie – auf luftlosen Körpern – durch Mikrometeoriteneinschläge und Weltraumverwitterung. Mondregolith zeigt z.B. glasige Schmelzfragmente und agglutinierte Partikel mit Nanophase-Eisen, während Mars-Regolith zusätzlich durch oxidierende Atmosphärenprozesse und mögliche Wässerung verändert ist.

Materialwissenschaftlich relevant sind Partikelmorphologie, Korngrößenverteilung, Porosität, Kornkontakte und chemisch-mineralogische Zusammensetzung, da sie Reibungswinkel, Kohäsion, Verdichtbarkeit, thermische Leitfähigkeit und Abrasivität bestimmen. Für die Auslegung von Landefüßen, Rädern, Bohrern oder Additive-Manufacturing-Prozessen in situ (z.B. Sinterung von Mondregolith zu Bauteilen) müssen diese Eigenschaften quantitativ erfasst werden.

Regolith-Simulanzien werden im Labor genutzt, um mechanische (Scherspannung-Dehnungs-Verhalten, Rutschfestigkeit), thermophysikalische (Leitfähigkeit, Wärmekapazität) und reaktive Eigenschaften (Schmelzverhalten, Sinterkinetik) zu charakterisieren. Mondregolith und Mars-Regolith stehen exemplarisch für extrem abrasive, teilvakuum- bzw. CO2-Atmosphären-Umgebungen, in denen Werkstoffe für Raumfahrtstrukturen, Dichtungen und Tribosysteme validiert werden.

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