Hydrothermale Aktivität im Ozean des Saturnmondes Enceladus
Die Raumsonde Cassini lieferte den ersten klaren Beweis, dass der Saturnmond Enceladus hydrothermale Aktivitäten aufweist, die denen in der Tiefsee auf der Erde ähneln. Eine solche Tätigkeit auf einer anderen Welt als der unseren eröffnet beispiellose wissenschaftliche Möglichkeiten.
„Diese Ergebnisse zeigen, dass Enceladus eine bemerkenswerte geologische Aktivität in seinem unterirdischen Ozean aufweist und somit eine Umgebung hat, die für lebende Organismen geeignet sein könnte“, sagte John Grunsfeld, Astronaut und Associate Administrator der NASA in Washington. „Die Plätze in unserem Sonnensystem wo zwar extreme Bedingungen herrschen aber dennoch Leben existieren könnte, bringt uns näher an die Antwort auf die Frage: Sind wir allein im Universum“.
Hydrothermale Aktivität tritt auf, wenn Meerwasser in die Kruste einsickert, mit dem Gestein reagiert und dieses bei Erwärmung zerstört, wodurch es zu mineralhaltigen Lösungen kommt. Dies ist ein natürliches Vorkommen in den Ozeanen der Erde. In zwei wissenschaftlichen Arbeiten wurde festgestellt, dass auf einem eisigen Mond ähnliche Prozesse ablaufen können.
Die erste Arbeit, die vor kurzem in der Zeitschrift Nature veröffentlicht wurde, bezieht sich auf die von der Raumsonde Cassini entdeckten mikroskopisch kleinen Gesteinskörner. Eine umfassende vierjährige Analyse der Daten, sowie Computersimulationen und Laborversuche führten die Forscher zu dem Ergebnis, dass die winzigen Körner wahrscheinlich in Warmwasser gelöste Mineralien aus dem Inneren des Mondes sind, die nach außen transportiert wurden wo sie in Kontakt mit kühleren Wasser kamen. Diese Temperatur-Interaktionen führten zur Produktion von winzigen Gesteinskörnern, wozu eine Temperatur von mindestens 90 Grad Celsius nötig ist.
Cassinis Cosmic Dust Analyzer (CDA) hat wiederholt – noch bevor Cassini im Jahr 2004 in die Umlaufbahn Saturns einschwenkte - winzige Gesteinspartikeln entdeckt die reich an Silizium sind. Nach einem Prozess des Ausschlussverfahrens ist das CDA-Team zu der Meinung gekommen, dass diese Partikel Kieselsäure sein müssten, welche auch im Sand und im Quarz-Mineral auf der Erde gefunden werden. Aufgrund der Winzigkeit der Körnchen, von denen die größten zwischen sechs und neun Nanometern groß sind, glauben die Forscher, dass ein bestimmter Prozess dafür verantwortlich gewesen ist.
Auf der Erde ist der häufigste Weg um Silizium dieser Größe zu bilden hydrothermale Aktivität, und zwar unter einer Reihe von bestimmten Bedingungen; nämlich dann, wenn leicht alkalisches und salzhaltiges Wasser das mit Kieselerde gesättigt ist, einen großen Temperaturabfall erfährt.
„Wir suchten methodisch nach alternativen Erklärungen für die winzigen Siliziumkörnchen, aber jede neue Erkenntnis zeigte auf eine einzige, sehr wahrscheinliche Herkunft“ sagte Co-Autor Frank Postberg, ein Mitglied des CDA-Teams an der Universität in Heidelberg.
Postberg und Hsu (Universität von Boulder/Colorado) arbeiten eng mit Kollegen von der Universität von Tokio zusammen, welche detaillierte Laborexperimente durchführten, die die hydrothermale Aktivitäts-Hypothese bestätigte. Die Forscher sind der Meinung, dass diese Bedingungen auf dem Meeresboden von Enceladus vorhanden sind, wo heißes Wasser aus dem Innersten auf das relativ kalte Wasser des Meeresbodens trifft.
Die extrem geringe Größe der Siliziumkörnchen deutet darauf hin, dass sie relativ schnell von ihrem hydrothermalen Ursprung nach außen zu den oberflächennahen Quellen der Geysire des Mondes transportiert werden. Vom Meeresboden bis in den Weltraum ist es eine Strecke von etwa 50 Kilometern, die die Körnchen schon in einigen Monaten oder wenigen Jahren zurücklegen können.. Wenn sie länger brauchen würden, wären sie größer geworden.
Die Autoren weisen darauf hin, dass Cassinis Schwerkraftmessungen darauf hindeuten, dass Enceladus` Gesteinskern sehr porös ist, was es dem Wasser des Ozeans ermöglicht zu versickern. Dies bedeutet, dass es eine große Fläche gibt wo Fels und Wasser interagieren können.
Die zweite Arbeit, die vor kurzem in den Geophysical Research Letters veröffentlicht wurde, legt nahe, dass hydrothermale Aktivität eine von zwei wahrscheinlichen Quellen von Methan ist, das in den Fontainen aus Gas und Eispartikel in der Südpolregion von Enceladus vorhanden ist. Diese Feststellung ist das Ergebnis umfangreicher Modellierungen, die französische und amerikanische Wissenschaftler durchgeführt haben um herauszufinden, warum Methan in den Fontainen so reichlich vorhanden ist.
Das Team entdeckte, dass bei den hohen Drücken, die in des Mondes Ozean vorhanden sind, eisige Materialien, sogenannte Clathrate, in diesem Fall Methanmoleküle, sich innerhalb einer Kristallstruktur von Wassereis bilden können. Ihre Modelle zeigen, dass dieser Prozeß zum Abbau von Methan im Ozean führt, was eine weitere Erklärung für den Reichtum an Methan in den Fontainen ist.
In einem Szenario führen hydrothermale Prozesse zu einer Super-Sättigung des Ozeans mit Methan. Dies kann auftreten wenn Methan schneller produziert wird., als es in Clathrate umgewandelt wird. Eine zweite Möglichkeit ist, dass Methan-Clathrate aus dem Ozean zu den Eruptionen der Geysire hingezogen werden und mit den Fontainen aufsteigen, wie bei einer Flasche Champagner, wenn der Korken knallt.
Cassini enthüllte erstmals im Jahr 2005 die aktiven geologischen Prozesse auf Enceladus mit dem Nachweis von Eisfontainen in der Südpolregion des Mondes, noch dazu mit höheren Temperaturen als man erwarten würde. Mit der leistungsfähigen Ausstattung von wissenschaftlichen Instrumenten entdeckte die Mission bald die hoch aufragenden Geysire aus Wassereis, Dampf, Salzen und organischen Materialien in der faltenreichen Oberfläche. Ergebnisse von Schwerkraftmessungen die 2014 veröffentlicht wurden, deuten hin auf das Vorhandensein eines 10 Kilometer tiefen Ozeans unter einer 30 bis 40 Kilometer dicken Eisschale.
Diese Abbildung zeigt den potenziellen Ursprung des Methans in der Fontaine aus Gas und Eispartikel, die von Enceladus wegsprüht. Die Erkenntnisse wurden mit Cassinis Ion und Neutral-Massenspektrometer gewonnen.
13. März 2015/SP
Verein Kuffner-Sternwarte
