Wissenschaftler haben in der Atmosphäre der Venus etwas Unerwartetes beobachtet – einen Anstieg des Deuteriumgehalts im Verhältnis zum Wasserstoff. Okay, klar, das klingt nicht nach der aufregendsten Aussage. Allerdings könnten die Folgen dieser Entdeckung unser derzeitiges Verständnis der Bernsteinwelt tatsächlich auf den Kopf stellen.
Wie sich herausstellt, würde dies unsere Annahme beeinflussen, dass die Venus ein dauerhaft karger, unwirtlicher Planet ist. Hier erfahren Sie, wie.
„Venus wird aufgrund seiner ähnlichen Größe oft als Zwilling der Erde bezeichnet“, sagte Hiroki Karyu, Forscher an der Tohoku-Universität und einer der Wissenschaftler der Studie, in einer Erklärung. „Trotz der Ähnlichkeiten zwischen den beiden Planeten hat er sich unterschiedlich entwickelt. Im Gegensatz zur Erde weist die Venus extreme Oberflächenbedingungen auf.“
Aufgrund der extremen Temperaturen und Drücke unter den dicken Wolkenschichten der Venus kann flüssiges Wasser nicht in ausreichenden Mengen existieren. „Um das ins rechte Licht zu rücken: In diesen Höhenlagen gibt es 150.000 Mal weniger Wasser als in vergleichbaren Höhenlagen auf der Erde“, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie.
Das heißt aber nicht, dass das immer so war.
Deuterium und Wasserstoff sind Isotope voneinander, das heißt, sie sind unterschiedliche Formen desselben Elements, die die gleiche Anzahl an Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl an Neutronen in ihren Kernen enthalten. Dies führt dazu, dass sie unterschiedliche Atommassen haben, ihre chemischen Eigenschaften jedoch relativ gleich bleiben.
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Aus den Isotopenverhältnissen lässt sich viel ableiten. Nehmen wir zum Beispiel die Kohlenstoffdatierung, ein leistungsstarkes Instrument, mit dem Wissenschaftler das Alter organischer Materie anhand der relativen Anteile der Isotope Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 ermitteln können. Das Verhältnis dieser Isotope in einem Material ändert sich im Laufe der Zeit, wenn Kohlenstoff-14 radioaktiv zerfällt und nicht ersetzt wird.
Es wird angenommen, dass Venus und Erde einst ähnliche HDO/H2O-Verhältnisse hatten, da sich beide Planeten in einer heißen Region des frühen Sonnensystems bildeten, in der Wasser nicht kondensieren konnte. Es wird angenommen, dass Wasser später von wasserreichen Asteroiden, wahrscheinlich aus dem äußeren Asteroidengürtel, zu den Welten transportiert wurde, was zu ähnlichen Deuterium-zu-Wasserstoff-Verhältnissen (D/H) auf beiden Planeten geführt haben sollte. Diese Hypothese wird weiter durch die vergleichbaren Mengen anderer flüchtiger Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff zwischen Venus und Erde gestützt.
Doch die Durchsicht der Daten des SOIR-Instruments (Solar Occultation in the Infrarot) der Raumsonde Venus Express (die von 2006 bis 2014 in Betrieb war) brachte einen Lichtblick in diese Geschichte. Wissenschaftler fanden heraus, dass der Anteil von HDO in der Atmosphäre der Venus mittlerweile 120-mal höher ist als der von H2O. „Diese Anreicherung ist in erster Linie darauf zurückzuführen, dass die Sonnenstrahlung Wasserisotopologe in der oberen Atmosphäre abbaut und Wasserstoff (H)- und Deuterium (D)-Atome erzeugt“, schreiben die ESA-Wissenschaftler. „Da H-Atome aufgrund ihrer geringeren Masse leichter in den Weltraum entweichen, steigt das HDO/H2O-Verhältnis allmählich an.“
Sie stellten außerdem fest, dass die Konzentration der Wassermoleküle, sowohl H2O als auch HDO, mit der Höhe zunimmt, insbesondere zwischen 70 und 110 Kilometern (43 und 68 Meilen) über der Venusoberfläche. Darüber hinaus fanden sie heraus, dass das Verhältnis von HDO zu H2O in diesen Höhen extrem erhöht ist, mehr als 1.500 Mal höher als in den Ozeanen der Erde. Dies deutet darauf hin, dass die Atmosphäre der Venus im Vergleich zur Erde viel mehr deuteriumreiches Wasser enthält, was auf erhebliche Unterschiede in den atmosphärischen Prozessen der beiden Planeten hinweist.
Das Team vermutet, dass diese Prozesse durch Klimamechanismen gesteuert werden könnten, an denen Schwefelsäureaerosole (H2SO4) beteiligt sind, die einen Großteil der Venuswolken ausmachen.
„Diese Aerosole bilden sich direkt über den Wolken, wo die Temperaturen unter den Taupunkt von schwefelhaltigem Wasser sinken, was zur Bildung von mit Deuterium angereicherten Aerosolen führt“, erklärten die Wissenschaftler. „Diese Partikel steigen in größere Höhen auf, wo erhöhte Temperaturen sie verdampfen lassen und dabei einen größeren Anteil an HDO im Vergleich zu H2O freisetzen. Der Dampf wird dann nach unten transportiert, wodurch der Kreislauf von neuem beginnt.“
Welche Auswirkungen werden die Ergebnisse auf unser Verständnis des Planeten haben? Erstens hofft das Team, dass zukünftige Studien berücksichtigen werden, wie sich das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff (D/H) mit der Höhe ändert, wenn die Gesamtmengen dieser Gase in der Venusatmosphäre berechnet werden. Zweitens beeinflusst die Art und Weise, wie sich D/H mit der Höhe ändert, wie schnell Wasserstoff und Deuterium in den Weltraum entweichen. Hoch in der Atmosphäre wird beispielsweise viel mehr Deuterium freigesetzt als erwartet, was sich auf das Gesamt-D/H-Verhältnis auswirken kann, wenn ein Teil dieses Deuteriums entweicht.
Das bedeutet, dass Wissenschaftler detaillierte Modelle verwenden müssen, die diese Höhenänderungen berücksichtigen, um genau zu verstehen, wie sich die Atmosphäre der Venus entwickelt hat und wie viel Wasser sie im Laufe der Zeit verloren haben könnte.
