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In Salzkristallen können Hinweise auf Leben unter Enceladus‘ Eis stecken
Versteckte Ozeanproben: Aus Spalten am Südpol des Saturnmonds Enceladus schießen Eis und Wasserdampf ins All. Ein Laborexperiment zeigt nun, dass Natronkristalle beim Gefrieren winzige Flüssigkeitstaschen einschließen. Sie könnten die Chemie des unterirdischen Ozeans festhalten und womöglich auch biologische Spuren schützen. Ob das Mineral dort tatsächlich vorkommt, ist allerdings noch offen.
Didcot (England). Der Ozean des Saturnmonds Enceladus verbirgt sich mehrere Kilometer unter einer dicken Eiskruste. Dennoch gibt der Mond Material aus seinem Inneren preis: Entlang von Spalten am Südpol entweichen Fontänen aus Dampf und Eispartikeln. Die Raumsonde Cassini hat darin bereits verschiedene Salze nachgewiesen, die Rückschlüsse auf die chemischen Bedingungen im unterirdischen Wasser erlauben.
Doch das Gefrieren verändert die Zusammensetzung der Tröpfchen. Wenn Eiskristalle wachsen, werden gelöste Stoffe in der verbleibenden Flüssigkeit angereichert. Um aus dem nach außen gelangten Material auf den Ozean schließen zu können, muss deshalb geklärt werden, welche Minerale die ursprüngliche Wasserchemie bei ihrer Entstehung festhalten.
Forscher der Diamond Light Source (DLS) um Dr. Liam J. Perera haben deshalb die Bildung von Salzmineralen beim Gefrieren genauer untersucht. Die Arbeitsgruppe ließ eine Lösung aus Natriumchlorid und Natriumcarbonat unter kontrollierten Bedingungen abkühlen und beobachtete sie zugleich mit Röntgentomografie und Röntgenbeugung. So ließ sich erkennen, welche Kristalle entstanden und was sich in ihrem Inneren verbarg.
Ein besonders interessanter Bestandteil war Natron, ein Mineral aus wasserhaltigem Natriumcarbonat. Während die Kristalle wuchsen, schlossen sie winzige Taschen der umgebenden Flüssigkeit ein. Die Forscher konnten diese sogenannten Fluideinschlüsse dreidimensional sichtbar machen, ohne die Kristalle zu zerbrechen.
Von 3.779 getrennt untersuchten Salzkörnern enthielten rund drei Prozent solche Einschlüsse. Mit zunehmender Kristallgröße stieg die Häufigkeit allerdings deutlich: Unter den 29 größten Körnern, die jeweils ein Volumen von mehr als 0,001 Kubikmillimetern hatten, fanden sich ausnahmslos Flüssigkeitstaschen. Da in der Laborprobe nur wenige große Kristalle vorkamen, lässt sich diese Quote nicht unmittelbar auf Enceladus übertragen.
Entscheidend ist, wann die Kristalle entstehen. Im Versuch war die Salzlösung etwa fünfmal konzentrierter als die aus Cassini-Messungen abgeleiteten Werte. Dadurch konnten große Natronkristalle bereits vor der eigentlichen Eisbildung wachsen. Ihre Einschlüsse dürften deshalb eine Flüssigkeit festhalten, deren Zusammensetzung der Ausgangslösung noch recht nahekommt.
Bei einer stärker dem Ozean entsprechenden Verdünnung erwarten die Autoren dagegen, dass zuerst Eis entsteht. Die verbleibende Flüssigkeit würde dadurch salziger, bevor Natron auskristallisiert. Seine Einschlüsse wären dann keine unveränderten Proben des Ozeanwassers, könnten aber dokumentieren, wie das Wasser beim Gefrieren chemisch verändert wurde.
Damit zeigt das Experiment zunächst nur, dass solche Einschlüsse unter geeigneten Bedingungen entstehen. Ob sie auch biologische Moleküle oder Mikroorganismen einfangen und langfristig erhalten können, wurde nicht geprüft. Bei den extrem niedrigen Temperaturen auf Enceladus wäre das eingeschlossene Wasser zudem selbst gefroren.
Das Team empfiehlt, bei künftigen Missionen mit empfindlichen Nahinfrarot-Spektrometern gezielt nach Natron zu suchen. Vor allem größere, frisch abgelagerte Eispartikel nahe den südpolaren Austrittsstellen könnten interessant sein: Sie kühlen möglicherweise langsamer ab als kleinere Tröpfchen und bieten damit günstigere Bedingungen für die Bildung größerer Kristalle mit Einschlüssen.