Wie entstehen nun salzreiche Eispartikel?
Wahrscheinlich durch aufsteigende Gasblasen, möglicherweise CO2, aber das ist noch ungeklärt. Gasblasen nehmen auf ihrem Weg nach oben die im Wasser gelösten Salze mit – wie extraterrestrische salzige Champagnerblasen. Beim Durchbrechen des Eises ist das Wasser schätzungsweise um 10°C warm. Bei höherer oder niedrigerer Wassertemperatur müsste das durchbrechende Wasser im Eis andere Spuren hinterlassen.
This illustration depicts potential origins of methane found in the plume of gas and ice particles that sprays from Enceladus, based on research by scientists working with the Cassini Ion and Neutral Mass Spectrometer. (Graphic: NASA)
Am Südpol, wo das Eis besonders dünn ist, haben die Nano-Eispartikel noch eine andere Zusammensetzung: Sie enthalten Siliziumdioxid!
Auch diese Silikatverbindungen müssen aus dem Gestein des Meeresbodens stammen. Ungewöhnlich ist allerdings, dass sie keine Metall-Anteile haben. Denn die meisten Gesteine enthalten auch Metalle wie Eisen, die beim Auswaschen von Salzen und anderen Bestandteilen mit ausgelöst werden müssten. Könnten heiße Quellen am Meeresboden die Erklärung sein? Aber auch hydrothermale Quellen werfen fast immer verschiedene Metalle mit aus.
Ein Forscherteam um Yasuhito Sekine (Universität Tokio) hat im Labor experimentiert, wie Partikel dieser Zusammensetzung und Größe entstehen könnten (Hsiang-Wen Hsu, Frank Postberg, Yasuhito Sekine et al.: “Ongoing hydrothermal activities within Enceladus” (2016), s. u.). Die wahrscheinlichste Erklärung für die Zusammensetzung der Südpol-Plumes auf Enceladus ist, dass hier Hydrothermalquellen vom „Lost City“-Typ aktiv sind:
- heißes Wasser (um 90°C) wirft große Mengen an Siliziumdioxid aus
- beim Abkühlen des Hydrothermal-Wassers fallen die Silizium-Verbindungen aus
- bei basischen Lösungen und geringem Salzgehalt wie im Enceladus-Ozean kann es zur Bildung von Partikeln kommen, die den Nano-Bereich nicht überschreiten.
„Lost City“-Hydrothermalquellen unterscheiden sich grundlegend von den bekannteren Black Smokern, dazu später mehr (im 2. Teil).
Ozeanischer Steckbrief von Enceladus
Bisher ist bekannt:
Enceladus´ Ozean ist basisch mit einem pH-Wert von 8,5 bis 11.
Sein Salzgehalt liegt zwischen 0,5 und 4 Prozent (zum Vergleich: irdische Ozeane haben durchschnittlich um 3,5 Prozent Salinität).
Der Ozeanboden liegt etwa 70 Kilometer unter der Oberfläche.
Das Eis ist am Äquator bis zu 35 Kilometer dick, am Südpol weniger als 5 Kilometer.
Zwischen Eis und Ozeanboden ist ein globaler Ozean.
Durch den großen Temperaturgradienten im Ozean und an der Grenzschicht zur Eisoberfläche sind starke thermale Umwälzungen sehr wahrscheinlich. Die SiO2-Partikel werden vermutlich durch hydrothermale Aktivität bei mehr als 90°C innerhalb des porösen Gesteinskerns erzeugt. Und: Der Ozean ist reich an flüchtigen und festen organischen Verbindungen, darunter Methan!
Die Oberflächentemperatur des Wassers liegt bei 0°C.
Das ist für Astrobiologen ein besonders wichtiger Aspekt, schließlich ermöglichen diese Kohlenstoff-Verbindungen die Evolution von Bausteinen des Lebens.
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