Archive for the tag 'Eis'

Stürmische Eiszeiten auf dem Mars

Oktober 5th, 2009

Geologischer Aufbau des Mars-Nordpols (NASA / JPL)

Geologischer Aufbau des Mars-Nordpols (NASA / JPL)

Aus 358 Einzelaufnahmen wurden verschieden mächtige Schichtpakete im Untergrund von Eismassen von Planum Boreum aufgenommen, einer ausgedehnten Ebene, die große Teile der nördlichen Hemisphäre ausmacht. Sie wurden einer Karte zusammengefügt, die auf eine bewegte Klimageschichte in den letzten Millionen Jahren schließen lässt.

Irdische Sedimentgesteine sind für Geologen wie Geschichtsbücher, denn mit ihnen lässt sich die Erdgeschichte minutiös nachvollziehen. Sie entstehen, wenn Erosionsprozesse zur Abtragung vorhandener Gesteine führen und es nach einer Transportphase erneut zur Ablagerung kommt. Auch wenn unser Nachbar im Vergleich zur Erde den Anschein eines  toten Wüstenplaneten macht, wirken auch hier urgewaltige Kräfte. Eismassen haben am Marsnordpol ein komplexes Muster hinterlassen. Auch vorhandene Gletscher wachsen durch Niederschlag ständig weiter oder schrumpfen, um dann stärker mit Staub bedeckt zu werden.

Jedoch haben die Geologen es auf dem Mars nicht leicht, denn bisher konnte noch niemand die Gesteinsaufschlüsse an den Polen direkt in Augenschein

nehmen. Die optische Auflösung der Kamera an Bord von Mars Reconnaissance Orbiter und nun auch die Fähigkeiten des Radarinstruments Shallow Radar (SHARAD) ermöglichen jetzt erste geologische Interpretationen. Damit werden die Gesteine zwischen 100 und 1.000 Meter tief durchleuchtet.

„Was wir mit dem Radar sehen können, sind vor allem Kontraste in den elektrischen Eigenschaften zwischen den Schichten“, sagt Nathaniel Putzig, Teamleiter vom Southwest Research Institute in Boulder im US-Bundesstaat Colorado. „Wir beobachten ein Muster in der Reflektivität gegenüber den Radarwellen. Das sagt uns etwas über das Muster der Materialunterschiede im Untergrund.“

Planum Boreum (NASA, HiRISE Blog)

Planum Boreum mit drei geologischen Einheiten (NASA, HiRISE Blog)

Bisher hatte man frühere Radaraufnahmen anders gedeutet: Die verschiedenen Schichten bestünden vor allem aus Eis. Tatsächlich sind sie von Staubschichten überzogen worden, die sich jahreszeitlich oder klimatisch gesteuert veränderten. Schwankungen in den Bahnparametern aller Planeten führen zu Klimazyklen, die auf der Erde als Milanković-Zyklen bekannt sind und für den Wechsel zwischen Kalt- und Warmzeiten verantwortlich sind.  Während der Erdmond die ständigen Veränderungen auf ein für uns erträgliches Maß reduziert, kommt es auf dem Mars zu ungleich stärkeren Effekten.

Die Radardaten zeigen, dass sich hochreflektierende Bereiche sehr kontrastreicher Schichten mit homogeneren Zonen geringer Reflektivität abwechseln. Dieser geologische Rhythmus kann nun mit existierenden Modellen über die marsianische Klimageschichte in den vergangenen vier Millionen Jahren abgeglichen werden. Diese wurde vor allem über die schwankende Achsenneigung des Planeten gesteuert.

„Wir machen selbst gar keine Klimamodellierung, sondern vergleichen nur die Modelle anderer mit unseren Radar-Messdaten. Daraus versuchen wir zu schließen, wie die Schichtfolge wirklich entstand“, so Putzig. Die vergangenen 300.000 Jahre waren eine Periode einer relativ stabilen Achsenneigung vergleichen mit den 600.000 Jahren davor. Da besonders die obersten  – und damit die jüngsten – Schichten stark reflektieren, schlagen die Forscher vor, sie mit der klimatisch ruhigen Periode zu korrelieren.

Enceladus` Ozean – Salzwasser im F-Ring

Mai 5th, 2009

Konzeptuelle Vorstellung der Eisfontänen des Enceladus - in der bisher vermuteten Form. Gas und Eispartikel können jedoch kaum Salze mittransportieren. (NASA JPL)

Konzeptuelle Vorstellung der Eisfontänen des Enceladus - in der bisher vermuteten Form. Gas und Eispartikel können jedoch kaum Salze mittransportieren. (NASA JPL)

Planetenforscher aus Deutschland hatten entdeckt, dass Spurenelemente im E-Ring des Saturn Bestandteile enthalten, die auf einen flüssigen Ozean im Innern von Enceladus hindeuten. Bei einem Enceladus-Vorbeiflug am 9. Oktober 2008 konnten mit dem Cosmic Dust Analyzer (CDA) an Bord von Cassini Anteile von Natrium, Natriumchlorid (NaCl), Natriumhydrogenkarbonat (NaHCO3) und Kalium nachgewiesen werden. Diese kommen in rund sechs Prozent der untersuchten Partikel im E-Ring vor. Man nimmt an, dass der E-Ring überwiegend mit Partikeln aus Enceladus` Kryovulkanen gespeist wird: Diese müssten die gelösten Salze freigesetzt haben.

„Das ist nur möglich, wenn die Quelle der Eruptionen flüssiges Wasser ist, das zuvor im Kontakt mit dem Gesteinskern von Enceladus stand“, schreiben Postberg und seine Kollegen in ihrer Veröffentlichung. Denn nur flüssiges Wasser kann – anders als Eis oder Wasserdampf – Salze in gelöster Form enthalten. Das Forscherteam um Frank Postberg vom Max-Planck-Institut für Kernphysik in Heidelberg stellte seine Ergebnisse auf einer Konferenz der American Geophysical Union in San Francisco, Kalifornien vor. Das Institut war maßgeblich an der Entwicklung des CDA beteiligt.

„Es ist natürlich denkbar, dass die Salze von einem früheren Ozean ausgelaugt wurden, der mittlerweile komplett gefroren ist. Dieser Prozess hätte dazu geführt, dass sich das Salz in großer Entfernung von der Oberfläche des Mondes konzentriert hätte“, sagte Julie Castillo vom NASA Jet Propulsion Laboratory (JPL) in Pasadena, Kalifornien gegenüber dem New Scientist. „Da ist es schon einfacher sich vorzustellen, dass die Salze in einem flüssigen Ozean direkt unter der Oberfläche vorkommen.

Enceladus – Cassinis bisherige Erkundung

Als die amerikanisch-europäische Sonde Cassini im März 2005 erstmalig am sechstgrößten Mond des Ringplaneten vorbeiflog, ergaben sich einige Überraschungen für die Forscher. Neben auffällig heterogenen topografischen Merkmalen stach vor allem die dünne Atmosphäre des Enceladus ins Auge. Diese Schicht hat an der Oberfläche einen minimalen Druck von 10-6 Pascal und kann nur damit erklärt werden, dass sie ständig aus dem Innern des Trabanten wiederbefüllt wird. Der nur 504 Kilometer durchmessende Enceladus hat eine so geringe Gravitation, dass externe Einflüsse wie der Sonnenwind ständig zu einem Gasverlust führen. Schließlich entdeckte man auch die Quelle der Atmosphäre: Fontänen schießen mit hoher Geschwindigkeit Material ins All. Diese Form des Vulkanismus funktioniert bei relativ geringen Temperaturen.

Eisfontänen auf Enceladus (Cassini / NASA / ESA)

Eisfontänen auf Enceladus (Cassini / NASA / ESA)

Bisher war die Energiequelle für den Kryovulkanismus von Enceladus kontrovers diskutiert worden. Alternativ zum Modell eines flüssigen Ozeans unter der festen Oberfläche hatte man Gezeitenkräfte vom Saturn vermutet, die bei der Annäherung des Mondes auf seiner Bahn an den Ringplaneten vermehrt Klüfte öffnen. Durch diese könnte es zu einer Druckentlastung tiefer liegender Wassereisschichten kommen, die dann als Wasser oder Dampf an die Oberfläche schießen. Bereits im letzten Dezember war diese These mit einem Computermodell überprüft worden (Raumfahrer.net berichtete). Jedoch hatte man die theoretischen Vorgaben nicht mit Beobachtungen von Cassini in Übereinstimmung bringen können: Offenbar korrelierten die Ausbrüche nicht mit der Annäherung des Mondes an den Saturn.

Die von Cassini gemessene Masse des herausgeschleuderten Materials wäre jedoch zu hoch, würde es sich dabei nur um Wasser handeln. Geophysikerin Susan Kieffer von der University of Illinois Urbana-Champaign liefert die dazu passende Erklärung und schlägt Clathrate vor. Diese entstehen, wenn Wasser unter hohem Druck eine Gitterstruktur mit Käfigen ausbildet, in die andere Stoffe wie Salze eingelagert werden. Ähnlich wie bei Methanhydraten, die auf der Erde an kontinentalen Schelfhängen in großen Wassertiefen vorkommen, können ausreichend große Mengen eines zweiten Stoffes in die Gitterstruktur des Wassers eingelagert werden.

Dieser These stimmt auch Andrew Ingersoll aus dem Cassini-Kamerateam zu: „Die geringe Konzentration an Natrium in einigen Partikeln [des E-Rings] könnte aus dem Wasserdampf kondensiert sein, den die zerfallenden Clathrate freigesetzt haben. Partikel mit hoher Natriumkonzentration dagegen enthielten primär flüssiges Wasser. Die Zeit wird zeigen, ob sich dieser Kompromiss zweier Prozesse weiter erhärten lässt.“

In der Vergangenheit wurden auch andere Thesen zur Entstehung des Kryovulkanismus diskutiert, darunter das Überschlagen der Rotationsachse durch die Verlagerung einer Region mit positiver Wärmeanomalie. Diese kann zumindest erklären, warum die Eruptionen nur in der Südpolregion gefunden wurden, wird in der aktuellen Veröffentlichung jedoch nicht berücksichtigt.