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Freitag, 8. Oktober 2010

Jupitermond: Chemische Reaktion in Europas Eiskruste

Aufnahme des Oberfläche des Jupitermondes Europa durch die Raumsonde Galileo | Copyright: NASA/JPL/University of Arizona

Greenbelt/ USA - Unter beziehungsweise in seiner eisigen Oberfläche, könnte der Jupitermond Europa mehr als nur den bislang vermuteten Wasserozean aufweisen. Forscher der NASA haben Hinweise darauf gefunden, dass es hier zu einer unerwartet schnellen chemischen Reaktion zwischen gefrorenen Stoffen wie Wasser und Schwefeldioxid bei Tiefsttemperaturen kommt. Die Erkenntnisse der Forscher könnten bisherige Vorstellungen der Chemie und Geologie von Europa und anderer Eismonde grundlegend verändern.

"Wenn man über Chemie auf Europa spricht, so geht es typischerweise um Reaktionen, wie sie durch Strahlung ausgelöst werden”, erklärt Mark Loeffler vom "Goddard Space Flight Center" der NASA, dessen Team ihre aktuellen Ergebnisse von Laborexperimenten aktuell im Fachmagazin "Geophysical Research Letters " veröffentlicht hat.

Der Grund hierfür liegt in der Tatsache, dass man bislang angenommen hatte, dass es bei den niedrigen Temperaturen in der Eiskruste des Mondes von minus 189 bis 143 Grad Celsius nur in geringem Maße zu chemischen Reaktionen unter der Oberfläche, also im Innern des Eispanzers kommt, da solche Reaktionen eigentlich eine zusätzliche Energiezufuhr, entweder durch Strahlung oder Sonnenlicht, benötigen. Zwar gelangt entsprechende Strahlung aus den Strahlungsringen des Jupiters tatsächlich bis zu seinem eisigen Mond, doch dringen deren Partikel nur wenige Zentimeter in die eisige Oberfläche vor und spielten aus diesem Grund in bisherigen geologischen Modellen des Jupitermondes keine Rolle. Die neuen Experimente belegen nun jedoch, dass es auch ohne diese Strahlung im Innern des Eispanzers zu chemischen Reaktionen kommen könnte.

"Sobald man unter die Oberfläche von Europa kommt, wird es kalt und fest und man erwartet in der Regel nicht, dass es hier zu schnellen chemischen Reaktionen kommt", kommentiert die Goddard-Wissenschaftler Reggie Hudson. "Sofern dort Schwefeldioxid untergemischt ist, könnte sich die von uns beschriebene Chemie auch inmitten von zehn oder hundert Meter dickem Eis einstellen", fügt Loeffler erläuternd hinzu.

Diese Schlussfolgerung stellt für die Forscher eine besonders wichtige Einsicht aus den Experimenten dar, "hat sie doch gravierende Auswirkungen auf das bisherige Verständnis der Chemie und Geologie der Eiskruste Europas", erläutert der Strahlenchemie-Experte Professor Robert E. Johnson von der "University of Virginia" in Charlottesville.

Schon anhand früherer Sondenmessungen war bekannt, dass Schwefel im Eis von Europa vorhanden ist. Die Forscher nehmen an, dass es aus den Eisvulkanen des Jupitermonds Io stammen könnte. Zusätzlich, so glauben einige Wissenschaftler, könnte Schwefel aber auch aus dem unter der Eiskruste verborgenen Ozean von Europa selbst stammen. "Was jedoch mit dem Schwefel unter der Oberfläche passiert, ist immer noch nicht genau bekannt und hängt sehr stark von der Geologie und der Chemie im Innern der Eiskruste ab", so Johnson.

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In ihren Experimenten sprühten die Forscher Wasserdampf und Schwefeldioxidgas auf Spiegel in einer Hochvakuumkammer, die auf minus 223 bis minus 173 Grad Celsius heruntergekühlt waren. Hierbei beobachteten sie, dass die Gase unmittelbar zu Eis kondensierten. Mittels einer infrarot-spektrografischen Analyse bestimmten die Forscher sodann einen Abfall der Konzentration von Wasser und Schwefeldioxid und ein Anstieg der Konzentration von entstehenden positiv und negativ geladenen Ionen.

Trotz der extremen Kälte reagierten die Moleküle also schnell in ihrer Eisform: "Bei minus 143°C, was dem wärmeren Extrem der auf Europa erwarteten Temperaturen entspricht, verläuft diese Reaktion nahezu sofort", erklärt Loeffler. "Bei minus 173°C erreicht die Reaktion nach rund einem halben bis einem Tag ihre Sättigung. Auch wenn das vielleicht nicht 'schnell' klingen mag - nach geologischen Maßstäben, also innerhalb von Milliarden von Jahren, vergeht ein Tag so schnell wie ein Wimpernschlag."

Um zu überprüfen, ob es auch unter dem Beisein von Kohlendioxideis (Trockeneis) und damit unter Bedingungen, wie sie auf Europa vorherrschen, zu den beobachteten chemischen Reaktionen kommt, fügten die Wissenschaftler Trockeneis (CO2) hinzu. "Wenn das gefrorene Kohlendioxid die Reaktion geblockt hätte, dann wären wir nicht annähernd so interessiert an der ganzen Sache", erklärt Reggie Hudson. "Dann wäre die Reaktion nämlich nicht relevant für die chemischen Vorgänge auf Europa. Es hätte sich also nur um eine Laborkuriosität gehandelt."
Doch die Reaktion lief weiterhin ab, was darauf hindeutet, dass sie sowohl für Europa aber auch für andere Jupiter- und alle Eismonde und eisige Himmelskörper, auf welchen es Wasser und Schwefeldioxid gibt, von großer Bedeutung sein könnte.

Die im Labor beobachtete Reaktionen wandelten rund ein Viertel bis einem Drittel des Schwefeldioxids um: "Das ist eine unerwartet hohe Ausbeute für derartig chemische Prozesse" zeigt sich Loeffler überrascht. Tatsächlich wären die Forscher schon mit nur fünf Prozent zufrieden gewesen. Viel wichtiger sei allerdings der Umstand, dass die in der beschriebenen Reaktion entstehenden positiven und negativen Ionen sehr leicht auch mit anderen Molekülen reagieren und damit weitere Prozesse in Gang setzen können. "Das könnte zu recht interessanter Chemie führen: Gerade Bisulfit, eine besondere Art von Schwefelionen und andere Produkte der Reaktion könnten stabil genug sein, um auch für längere Zeit vorhanden zu sein."

Der ultimative Test der Laborergebnisse wird nun darin liegen, ob zukünftige Beobachtungen Belege für mögliche Produkte dieser Reaktion auf Europa entdecken können. "Wenn das Schwefeldioxid unterhalb der Oberfläche reagiert, dann ändert sich unser bisheriges Bild der Eiskruste auf Europa vollständig", bestätigt Johnson. "Das könnte dann nicht nur unser Verständnis von Europa beeinflussen, sondern auch die Ausstattung der [von NASA und ESA gemeinsam] geplanten 'Europa Jupiter System Mission' (EJSM) verändern."

Die bei der ESA unter dem Arbeitstitel "Laplace" laufende Mission ist ein gemeinsamer Vorschlag von NASA und ESA und soll die Jupitermonde mit Schwerpunkten auf Europa und Ganymed aber auch die Magnetosphäre des Jupiters erforschen. Wann und ob die Mission jedoch Realität werden wird, steht bislang noch in den sprichwörtlichen Sternen.

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Quellen: grenzwissenschaft-aktuell.de / nasa.gov
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