EISMONDE
Salzwasser unter Druck
Redaktion / idw / Pressemitteilung des Helmholtz-Zentrums Potsdam - Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
astronews.com
11. November 2016

Im Inneren der Eismonde im äußeren Sonnensystem könnte es exotischer zugehen, als man bislang vermutet hat. So verhält sich eine Salzlösung unter Extrem-Druck im Labor offenbar anders als erwartet. Relevant könnte dies für die Auswertung der Daten von Monden mit Ozeanen unter der Eisdecke und den Salzgehalt ihres Wassers sein.

Die für die Studie verwendete Diamantstempelkammer am Ramanspektrometer am GFZ. Bild: GFZ [Großansicht]

Forscher haben in den Laboren des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ ein bislang unbekanntes Verhalten von wässrigen Lösungen beobachtet. In einer Diamantstempelpresse setzten sie Magnesiumsulfatlösungen unter hohen Druck. Ab etwa 0,2 Gigapascal, das entspricht ungefähr dem zweitausendfachen Luftdruck auf der Erdoberfläche, stellten sie eine Anomalie fest: Gelöstes Magnesiumsulfat trennte sich weniger als erwartet in Magnesium- und Sulfat-Ionen, und ab etwa einem halben Gigapascal stieg sogar der Anteil an Ionenpaaren mit dem Druck.

Dieses Verhalten ließ sich nur bei relativ niedrigen Temperaturen nachweisen. Schon bei 50 Grad Celsius wurde es nicht mehr beobachtet. "Deswegen kommt in der Erde dieser Effekt nicht vor, in den Ozeanen ist der Druck nicht hoch genug, und in Erdkruste und -mantel ist die Temperatur zu hoch. Er ist aber relevant für andere Himmelskörper, auf und in denen tiefe Ozeane vorkommen", erläutert Christian Schmidt vom GFZ die Besonderheit der Ergebnisse.

Diese Erkenntnis kann beispielsweise bei der Erforschung von Pluto und der Jupiter- und Saturnmonde Ganymed, Callisto und Titan, welche große Mengen an Wassereis und darunter vermutlich Ozeane enthalten, von Nutzen sein. Der Grund: Bei der Verwitterung der Magnesiumsilikate der Ozeanböden entsteht vor allem Magnesiumsulfat, das sich im Wasser löst. Wenn sich mehr Ionenpaare bilden, verwittert mehr Magnesiumsilikat als erwartet. "Die Ozeane unter den Eiswelten sind mithin wahrscheinlich salziger als bisher angenommen", so Schmidt.

Da die Ionenkonzentration die elektrische Leitfähigkeit von Lösungen bestimmt, trägt die Entdeckung zu einer besseren Interpretation magnetometrischer Daten bei, die bei der Untersuchung solcher Himmelskörper mit Raumsonden eine zentrale Rolle spielen. Die Untersuchungen zu dieser neuen Anomalie des Wassers wurden in der Sektion "Chemie und Physik der Geomaterialien" am GFZ durchgeführt. Ursache für die Anomalie ist eine Änderung der dynamischen Struktur, die durch Wasserstoffbrückenbindungen zwischen den Wassermolekülen entsteht.

Über ihre Untersuchungen berichten die Wissenschaftler in einem Fachartikel, der in der Zeitschrift Geochemical Perspectives Letters erschienen ist.