Die langsame Gefrierung von Tropfen aus dem Ozean Enceladus erklärt die Vielfalt des Eises im Saturnring

• Cassini entdeckte 961 Eisteilchen mit unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung
• Laborexperimente haben gezeigt, dass die Gefriergeschwindigkeit die Trennung von Salzen beeinflusst
• Langsame Gefrierprozesse in unterirdischen Ventilatoren erklären die chemische Vielfalt
• Das verändert die Vorstellungen über die Dynamik der Geysire von Enceladus

Der Saturnmond Enceladus ist von einer dicken Eisschicht bedeckt, unter der sich ein globaler Ozean verbirgt. In der Region des Südpols reißt die Oberfläche auf und bildet Risse, durch die Wasser und Dampf in den Weltraum ausgestoßen werden, wodurch charakteristische Geysire entstehen.

Von 2004 bis 2017 maß die Raumsonde Cassini mit dem Cosmic Dust Analyzer (CDA) die Zusammensetzung einzelner Eisteilchen, die in den E-Ring des Saturn gelangen. Wissenschaftler analysierten 961 Massenspektren der sogenannten Typ-3-Teilchen, die reich an Salzen sind, und entdeckten erhebliche Unterschiede in ihrer chemischen Zusammensetzung.

Vielfalt, die Fragen aufwarf

Einige Partikel waren mit Natriumchlorid angereichert, andere mit Carbonaten, Phosphaten oder Kaliumchlorid. Besonders bemerkenswert ist, dass Chlorid und Carbonat fast nie in demselben Partikel, das reich an Natrium ist, vorkommen. Wenn alle Partikel aus einem einzigen Ozean stammen, scheint eine solche Vielfalt unerwartet.

Um die Ursache zu klären, haben Wissenschaftler des Earth‑Life Science Institute (ELSI) am Tokyo Institute of Science Labormodelle erstellt. Sie bildeten Tropfen mit Durchmessern von mehreren zehn bis zweihundert Mikrometern, die die grundlegenden Salze enthielten, die vermutlich im Ozean von Enceladus vorhanden sind, und froren sie bei unterschiedlichen Abkühlgeschwindigkeiten ein.

Die Ergebnisse zeigten, dass bei langsamer Gefrierung (≈10 K/min oder langsamer) Salze in separate Bereiche innerhalb der kristallinen Struktur getrennt werden. Bei schneller Gefrierung bleiben die chemischen Komponenten gleichmäßiger verteilt. So können selbst Tropfen, die aus demselben ozeanischen Wasser gebildet werden, nach dem Gefrieren chemisch heterogen werden.

Die Forscher vermuteten, dass solche großen Tropfen in der Tiefe unterirdischer Lüftungen entstehen, wo sie sich langsam bewegen und allmählich abkühlen. Während sie sich zur Oberfläche bewegen, gefrieren sie, was den Salzen ermöglicht, sich zu trennen. Dann, beim Zusammenstoß mit engeren Kanälen und einem beschleunigten Gasstrom, zerbrechen die gefrorenen Tropfen in kleine Partikel, von denen jede eine einzigartige Menge an Salzen trägt.

Dieses Modell verändert die frühere Vorstellung, dass ozeanischer Sprühnebel sofort gefriert und sofort ins All geschleudert wird. Es wird jetzt angenommen, dass der Gefrierprozess erheblich Zeit in Anspruch nehmen kann und die chemische Vielfalt des E-Rings eine natürliche Folge unterschiedlicher Gefriergeschwindigkeiten in unterirdischen Rissen ist.

Das Verständnis dieser Mechanismen ist nicht nur für die Interpretation der Cassini-Daten wichtig, sondern auch für die Bewertung der potenziellen Bewohnbarkeit der unterirdischen Ozeane. Chemische Gradienten, die bei langsamer Kristallisation entstehen, können Mikromilieus schaffen, die für mikrobielle Lebensformen geeignet sind.

Quelle: ScienceDaily