Ein neuer Blick darauf, wie Chemikalien auf dem Jupitermond Europa möglicherweise miteinander reagieren, könnte neue Erkenntnisse darüber liefern, wie chemische Reaktionen in der eisigen Kruste des Mondes trotz eisiger Temperaturen ablaufen könnten. Forscher haben herausgefunden, dass Wasser und Schwefeldioxid selbst bei Temperaturen von mehreren hundert Grad unter dem Gefrierpunkt sehr schnell miteinander reagieren. Da die Reaktion ohne Hilfe von Strahlung abläuft, könnte sie in der dicken Eisschicht Europas stattfinden. Wenn dies geschieht, würde dies die gegenwärtigen Ansichten über die Chemie und Geologie dieses Mondes und vielleicht anderer Monde auf den Kopf stellen.
Europa hat Temperaturen um 86 bis 130 Kelvin (minus 300 bis minus 225 Grad Fahrenheit), und unter diesen extrem kalten Bedingungen erfordern die meisten chemischen Reaktionen eine Infusion von Energie aus Strahlung oder Licht. Auf Europa kommt die Energie von Teilchen aus den Strahlungsgürteln des Jupiter. Da die meisten dieser Partikel nur Bruchteile eines Zolls in die Oberfläche eindringen, hören Modelle der Chemie Europas normalerweise dort auf.
„Wenn die Leute auf Europa über Chemie sprechen, reden sie normalerweise über Reaktionen, die durch Strahlung angetrieben werden“, sagt Goddard-Wissenschaftler Reggie Hudson. „Wenn man einmal unter die Oberfläche Europas gelangt, ist es kalt und fest, und man erwartet normalerweise nicht, dass die Dinge unter diesen Bedingungen sehr schnell passieren“, sagte Reggie Hudson vom Astrochemistry Laboratory der NASA Goddard.
„Aber mit der Chemie, die wir beschreiben“, sagte Mark Loeffler, Erstautor des in Geophysical Research Letters veröffentlichten Papiers, „könnte man 10 oder 100 Meter dickes Eis haben, und wenn es Schwefel enthält.“ Dioxid gemischt, werden Sie eine Reaktion haben.“
Spektroskopie zeigt, dass das Eis Europas Schwefel enthält, und Astronomen glauben, dass es von den Vulkanen von Jupiters Mond Io stammt, dann ionisiert und nach Europa transportiert wird, wo es in das Eis eingebettet wird. Aber ursprünglich dachten Astronomen, dass zwischen Wassereis und dem Schwefel keine große Reaktion stattfinden könnte.
Loeffler und Hudson sprühten in einer Hochvakuumkammer Wasserdampf und Schwefeldioxid auf viertelgroße Spiegel. Da die Spiegel bei etwa 50 bis 100 Kelvin (etwa minus 370 bis minus 280 Grad Fahrenheit) gehalten wurden, kondensierten die Gase sofort als Eis. Im Verlauf der Reaktion beobachteten die Forscher mit Infrarotspektroskopie die Abnahme der Konzentrationen von Wasser und Schwefeldioxid und die Zunahme der Konzentrationen der erzeugten positiven und negativen Ionen.
Auch bei den extrem kalten Temperaturen reagierten die Moleküle in ihrer eisigen Form schnell. „Bei 130 Kelvin [ungefähr minus 225 Grad Fahrenheit], was das warme Ende der erwarteten Temperaturen auf Europa darstellt, erfolgt diese Reaktion im Wesentlichen augenblicklich“, sagte Loeffler. „Bei 100 Kelvin kann man die Reaktion nach einem halben bis einem Tag sättigen. Wenn das nicht schnell klingt, denken Sie daran, dass auf geologischen Zeitskalen – Milliarden von Jahren – ein Tag schneller ist als ein Wimpernschlag.“
Um die Reaktion zu testen, fügten die Forscher gefrorenes Kohlendioxid, auch als Trockeneis bekannt, hinzu, das häufig auf eisigen Körpern, einschließlich Europa, zu finden ist. „Wenn gefrorenes Kohlendioxid die Reaktion blockiert hätte, wären wir nicht annähernd so interessiert“, sagte Hudson, „denn dann wäre die Reaktion wahrscheinlich für Europas Chemie nicht relevant. Es wäre eine Laborkuriosität.“ Aber die Reaktion ging weiter, was bedeutet, dass sie auf Europa sowie auf Ganymed und Callisto, zwei weiteren Monden des Jupiter und anderen Orten, an denen sowohl Wasser als auch Schwefeldioxid vorhanden sind, von Bedeutung sein könnte.
Die Reaktion wandelte ein Viertel bis fast ein Drittel des Schwefeldioxids in verschiedene Produkte um. „Das ist eine unerwartet hohe Ausbeute dieser chemischen Reaktion“, sagt Loeffler. 'Wir wären mit fünf Prozent zufrieden gewesen.'
Darüber hinaus reagieren die erzeugten positiven und negativen Ionen mit anderen Molekülen. Dies könnte zu einer faszinierenden Chemie führen, insbesondere weil Bisulfit, eine Art Schwefelion, und einige andere Produkte dieser Reaktion feuerfest genug sind, um einige Zeit zu bestehen.
Dieser neue Befund wird sicherlich zu neuen Fernbeobachtungen von Europa führen, um zu sehen, ob Beweise für reaktionsbasierte Produkte gefunden werden können.
Quelle: JPL
