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Kreislauf im Eis

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 25.05.2012 11:43

Zu den interessantesten Zielen für Astrobiologen in diesem Sonnensystem gehört der eisige Jupitermond Europa. Er soll einen mondumspannenden tiefen Ozean unter seiner dicken äußeren Eisschale besitzen, in dem durchaus außerirdisches Leben gedeihen könnte. Aber selbst wenn Geld für einen Besuch auf Europa vorhanden wäre, würden wir das bis auf weiteres kaum erfahren. Denn Europas Eisschale soll zehn bis 15 Kilometer dick sein - und damit wird sie zum unüberwindlichen Hindernis, wenn irdische Astrobiologen nicht nur Vermutungen über die Zustände im Europa-Ozean anstellen, sondern auch eine Sonde dorthin schicken wollen. Doch vielleicht muss man gar nicht bis tief in dieses Meer gelangen, um eine Probe zu bekommen.

Jupiters Eismond Europa, gesehen von Galileo (Bild: Nasa)."Wir glauben, dass es auf Europa Lebensräume nur wenige Kilometer unterhalb der Oberfläche gibt", meint Britney Schmidt, Planetenforscherin am Institut für Geophysik der Universität von Texas in Austin, "die wären für künftige Raumsonden durchaus erreichbar." Schmidt und ihre Kollegen kamen auf diese Idee, nachdem sie im vergangenen Jahr Aufnahmen der US-Sonde Galileo näher unter die Lupe genommen hatten. Auf den Bildern sind interessante kreisförmige Strukturen auf der Europa-Oberfläche zu sehen, sogenannte Chaos-Landschaften. "Das sind Gebiete , wo das Eis fast zerbrochen aussieht", erklärt Schmidt weiter, "man sieht so etwas wie Eisberge, aber auch kleinere Bruchstücke von Eis dazwischen." Eines dieser Chaos-Gebiete, Thera Macula, erhob sich etliche Kilometer über die Umgebung, das andere, Thrake Macula, bildete dagegen eine Delle im Eismantel Europas. Nur etwa 3000 Meter unterhalb der Oberfläche sollen sich bei diesen Strukturen Wasserlinsen befinden, die das Volumen des Baikalsees haben können. "Wir glauben, dass die Linse unter Thrake Macula noch flüssig ist ", schildert Britney Schmidt, "diese Linsen können Hunderttausende von Jahren flüssig bleiben bevor sie wieder ausfrieren."

Im vergangenen November stellten Schmidt und ihre Kollegen von der Universität Texas und der US-Raumfahrtbehörde Nasa ihr Modell, wie die dicke Eiskruste des Jupitermonds lokal zerbrechen kann, in "Nature" vor. Auf der Jahrestagung der Europäischen Union der Geowissenschaften in Wien führten sie dieses Modell jetzt noch weiter aus. "Wir haben einen Kreislauf dieser Chaos-Landschaften", so Schmidt, "der Wasser an die Oberfläche transportiert und im Gegenzug auch Material wieder in den Ozean befördert." Mit dem Wasser könnten auch im Ozean lebende Einzeller bewegt werden und zumindest zeitweise in den höheren Stockwerken der Eisschale leben. Hunderttausende von Jahren wären für Bakterien eine Menge Zeit, zumal nicht gesagt ist, dass sie das unausweichliche Ausfrieren der Wasserlinsen nicht überstehen könnten. "Von Bakterien auf der Erde wissen wir, dass sie in einen Schlafmodus fallen können, wenn die Bedingungen zu harsch werden", sagt Britney Schmidt und nimmt an, dass eventuelle Europa-Einzeller auch solche Fähigkeiten haben.

Europas Kruste unterhalb von Thera Macula (Bild: University of Texas, Austin/Britney Schmidt/Dead Pixel FX).Die Planetenforscher stellen sich den Kreislauf auf Europa folgendermaßen vor: Durch die gewaltigen Gezeitenkräfte des nahen Jupiters wird der feste Kern des Mondes gehörig durchgeknetet und erhitzt. Die Wärmeenergie wird offenbar nicht nur gleichmäßig an den Ozean abgegeben, sondern sorgt auch für aufsteigende Säulen aus warmem Wasser, die sich in die Eiskruste darüber fortsetzen. "Es ist ein konvektiver Plume oder Diapir, ziemlich vergleichbar mit der Art, wie der Erdmantel Hitze abtransportiert", erklärt Britney Schmidt, "aber es ist ein Plume aus vergleichsweise warmem und reinem Wassereis." 

Innerhalb von etlichen 1000 Jahren steigt dieser Plume durch etwa zehn Kilometer Eiskruste auf, bis in eine Höhe von etwa drei Kilometer unterhalb der Oberfläche. In dieser Höhe befindet sich eine Zone, in der das Europa-Eis vergleichsweise leicht schmelzen kann, wenn sich der Druck erhöht. Der aufsteigende Plume und die darüber liegende rigide Eiskruste bewirken genau das, und das Eis dort schmilzt. Schmelzwasser ist jedoch dichter als Eis, daher sinkt wie bei Thera Macula die Eisoberfläche über einer solchen Wasserlinse ein und zerbricht in Eisblöcke, zwischen denen flüssiges Wasser aufsteigt. Wenn die Wasserlinse wieder ausfriert wie bei Thrake Macula, verwandelt sich die Delle in eine Aufwölbung aus jungem Eis, in der die Bruchstücke der alten Eisoberfläche zu schwimmen scheinen. Und so entstehen die Chaos-Landschaften, die Galileo fotografierte.

Thera Macula. Markierungen: Rot höher, grün und blau niedriger als die Umgebung (© Nasa/Paul Schenk).Solange die Wasserlinse aber flüssig ist, läuft auch eine Abwärtsbewegung, die den Kreislauf schließt. Das dichtere Wasser ist natürlich auch schwerer als das darunter liegende Eis. "Es sind ein paar hundert Kilo pro Kubikmeter, das macht einen gewaltigen Unterschied", sagt Schmidt. Wasser, das vom aufsteigenden Eisplume zur Seite gedrängt wird, sinkt dort sehr schnell in die Tiefe und kann den Ozean innerhalb einiger Tausend Jahre erreichen. "Temperatur würde dafür Millionen Jahre brauchen", so Schmidt. Dieser relativ schnelle Kreislauf aufgrund von Temperatur- und Dichteunterschieden könnte auch der Grund für die vergleichsweise junge Oberfläche Europas sein. Sie wird auf ein Alter zwischen 40 und 100 Millionen Jahre geschätzt und muss damit ähnliche Erneuerungszyklen besitzen wie die ozeanische Kruste auf der Erde. 

Chaos Landschaften wie Thera Macula wären für eine mögliche Landemission auf Europa ein hervorragender Platz, denn wenn Schmidt und ihre Kollegen recht behalten, dürfte sich hier relativ nahe an der Oberfläche flüssiges Wasser und vielleicht sogar mikrobielles Leben befinden. "So toll es wäre, direkt in den Ozean zu bohren, eine solche Wasserlinse ist doch viel besser erreichbar", erklärt Schmidt, "auf der Erde sind Eisdicken von drei Kilometern kein Problem." Eine konkrete Europa-Mission ist auf mittlere Sicht nicht geplant, aber die europäische Jupitersonde Juice soll auf ihrem Weg zum Ganymed die Chaos-Landschaften Europas genauer unter die Lupe nehmen. 2030 soll es soweit sein und vielleicht liefert Juice dann konkrete Indizien für Schmidts Modell.