Der Jupitermond Europa ist für Astrobiologen vielleicht der interessanteste Himmelskörper im Sonnensystem. Europa ist etwas kleiner als unser Mond, hat aber im Gegensatz zu ihm eine Eisoberfläche, unter der ein etwa hundert Kilometer tiefer Ozean aus flüssigem Wasser liegt. Die Existenz eines Ozeans unter der Eisdecke Europas kann als ziemlich zuverlässig bestätigt angesehen werden. Die Oberfläche ist fast frei von Meteoritenkratern, aber sie ist reich an Rissen, Verwerfungen und Flecken einer „chaotischen Landschaft“, die aus zerbrochenen, gemischten und gefrorenen Eisblöcken besteht. Europas Inneres erfährt eine starke Gezeitenheizung (wie die des benachbarten Mondes Io, wenn auch in geringerem Maße), was bedeutet, dass Vulkane auf dem Meeresboden ausbrechen müssen, um den Ozean mit Nährstoffen und Energiequellen zu versorgen – die notwendigen Voraussetzungen für die Bewohnbarkeit. Auf der Oberfläche Europas herrscht Kälte von minus 160 bis minus 220 Grad, weshalb die Dicke der Eisdecke mindestens mehrere Kilometer beträgt. Die Erforschung des letzten Ozeans wird eine sehr schwierige Aufgabe sein, und als ersten Schritt werden Wissenschaftler die Europa Clipper-Sonde in das Jupiter-System schicken, die Europa und andere Monde des Gasriesen durch mehrere nahe Vorbeiflüge untersuchen wird. Eines der Ziele der Mission wird es sein, Europas eisige Hülle mit Radar zu untersuchen. Die Möglichkeiten dieser Methode hängen maßgeblich von der Zusammensetzung des Eises ab. Eine Salzverunreinigung erschwert das Eindringen von Radiowellen, und wenn die Schale nicht sehr dick ist und aus reinem Eis besteht, kann der Apparat möglicherweise hindurchscheinen. Wissenschaftler der University of Texas unter der Leitung von Natalie Wolfenbarger vermuten, dass der Mantel möglicherweise weniger Salz enthält als erwartet, und der Grund dafür ist Unterwasserschnee, der sich in Europas Ozean von unten nach oben bewegen kann.
Auf der Erde wächst die Eisdecke über den Meeren hauptsächlich durch das Gefrieren des Wassers darunter an der Eis-Wasser-Grenzfläche. In den Meeren der Antarktis wurde ein weiterer Mechanismus beobachtet, der die Dicke des Eises erhöht – „Schnee“ aus unterkühltem Wasser, das sich unter dem Eis ansammelt. Welche Phänomene könnten die Ursache für einen solchen „Schneefall“ unter Wasser sein? Der Gefrierpunkt von Wasser sinkt unter Druck – um etwa ein Grad pro 130 Atmosphären. In den Ozeanen der Erde entspricht dies einer Tiefenzunahme von 1,300 Metern und unter dem Eis Europas – von etwa 10 Kilometern. Am Grund des Marianengrabens und des Europa-Ozeans ist der Druck fast gleich – die Tiefe des ersteren ist zehnmal geringer, aber die Schwerkraft der Erde ist siebenmal größer als die von Europa. Deshalb gefriert das Salzwasser ganz unten bei einer Temperatur von fast zehn Grad unter Null. Außerdem wird das Wasser einer adiabatischen Erwärmung und Abkühlung ausgesetzt – Temperaturänderung bei Drucksprüngen und fehlendem Wärmeaustausch mit der Umgebung. Aufgrund der geringeren Kompressibilität ändert sich ihre Temperatur nicht so stark wie die von Luft in Pumpen und Kompressoren, aber bei großen Druckänderungen macht sich dieser Vorgang bemerkbar: Der Koeffizient beträgt etwa ein Grad pro 400 Atmosphären (4 Kilometer auf der Erde, 30 Kilometer auf Europa). Große aufsteigende oder sinkende Wassermengen vermischen sich nicht mit dem umgebenden Wasser und ändern seine Temperatur nicht, und Wasser, das aus großer Tiefe aufsteigt, kann aus zwei Gründen unterkühlt werden: aufgrund adiabatischer Abkühlung während der Dekompression; und die Austrittstemperatur, wenn sie unter dem Gefrierpunkt der Oberfläche lag.
Ein Teil des unterkühlten Wassers gefriert und bildet sehr reines nadelförmiges Eis. Dieses Eis schwimmt auf und verbindet sich mit der Eisdecke an der Oberfläche. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass die Eiskruste, die sich während eines gleichmäßigen Gefrierens, beispielsweise durch die allmähliche Abkühlung des Mondinneren, bildet, hauptsächlich aus gefrorenem Eis besteht. Wenn die Eisdecke dünner wird, z. B. durch Tektonik, Vulkanausbrüche oder ungleichmäßige Sonneneinstrahlung, bildet sich im verdünnten Bereich aufgrund von „umgekehrtem Schneefall“ neues Eis. In Europa ist der Eisschild sehr dynamisch.
Unter anderem hat es sich mehrmals komplett überschlagen, ist am Ozean entlang gerutscht und die Äquatorialregionen mit etwas mehr Sonneneinstrahlung und dünnem Eis sind in der Nähe der Pole gelandet. Daher kann „Unterwasser-Schneefall“ erheblich zur Eisneubildung beitragen. Daher könnte ein Teil der Eisdecke Europas um ein Vielfaches weniger Salz enthalten als bisher angenommen. Das erschwert die Aufgabe der Wissenschaftler: Einerseits lässt sich reines Eis in größerer Tiefe leichter mit Radar „aufklären“, andererseits ist der Salzgehalt auf Europas Oberfläche hoch. Es kann einfach eine Folge der Sublimation von Eis von der Oberfläche sein, oder es kann die Zusammensetzung von Eis widerspiegeln, das durch das direkte Gefrieren von Wasser gebildet wurde, das in Spalten und chaotischen Landschaften an die Oberfläche stieg. Die Eisdecke Europas ist wahrscheinlich sehr lückenhaft – manche dick, manche dünn, manche salzig und manche sauber – und erfordert möglicherweise leistungsstärkere und flexiblere Radargeräte, um sie im Detail zu untersuchen. Andererseits erleichtert es die Arbeit zukünftiger Astrobiologen: Durch turbulente Prozesse in der Eiskruste kann frisch gefrorenes Wasser aus dem Ozean an die Oberfläche selbst transportiert werden, wo sich seine Proben viel besser untersuchen lassen.
Foto: NASA/JPL-Caltech
