Venus.(Bildnachweis: Chris Vaughan/Starry Night)
Wissenschaftler haben etwas Unerwartetes in der Venusatmosphäre beobachtet – einen Anstieg des Deuteriumgehalts im Verhältnis zum Wasserstoff. Okay, sicher, das klingt nicht nach einer besonders aufregenden Aussage. Doch die Folgen dieser Entdeckung könnten unser derzeitiges Verständnis der Bernsteinwelt tatsächlich auf den Kopf stellen.
Wie sich herausstellt, würde dies unsere Annahme beeinflussen, dass die Venus ein ewig unfruchtbarer, unwirtlicher Planet ist. Und so geht’s.
„Die Venus wird aufgrund ihrer ähnlichen Größe oft als Zwilling der Erde bezeichnet“, so Hiroki Karyu, Forscher an der Tohoku-Universität und einer der Wissenschaftler der Studie, in einer Erklärung. „Trotz der Ähnlichkeiten zwischen den beiden Planeten haben sie sich unterschiedlich entwickelt. Anders als die Erde hat die Venus extreme Oberflächenbedingungen.“
Flüssiges Wasser kann aufgrund der extremen Temperaturen und Drücke unter den dicken Wolkenschichten der Venus nicht in ausreichenden Mengen existieren. „Um dies in die richtige Perspektive zu rücken, gibt es in diesen Höhen 150.000 Mal weniger Wasser als in vergleichbaren Höhen auf der Erde“, schreiben die Wissenschaftler in ihrer Studie.
Das heißt aber nicht, dass dies immer der Fall war.
Deuterium und Wasserstoff sind Isotope voneinander, d. h. sie sind verschiedene Formen desselben Elements, die die gleiche Anzahl von Protonen, aber eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen in ihren Kernen enthalten. Das führt dazu, dass sie unterschiedliche Atommassen haben, ihre chemischen Eigenschaften aber relativ gleich bleiben.
Aus Isotopenverhältnissen lässt sich eine Menge herauslesen. Ein Beispiel ist die Kohlenstoffdatierung, ein leistungsfähiges Instrument, mit dem Wissenschaftler das Alter von organischem Material anhand der relativen Anteile der Isotope Kohlenstoff-12 und Kohlenstoff-14 bestimmen können. Das Verhältnis dieser Isotope in einem Material ändert sich im Laufe der Zeit, da Kohlenstoff-14 radioaktiv zerfällt und nicht ersetzt wird.
Es wird angenommen, dass Venus und Erde einst ähnliche HDO/H2O-Verhältnisse aufwiesen, da beide Planeten in einer heißen Region des frühen Sonnensystems entstanden, in der Wasser nicht kondensieren konnte. Später soll Wasser durch wasserreiche Asteroiden, wahrscheinlich aus dem äußeren Asteroidengürtel, auf die Welten gebracht worden sein, was zu ähnlichen Deuterium-Wasserstoff-Verhältnissen (D/H) auf beiden Planeten geführt haben dürfte. Diese Hypothese wird auch durch die vergleichbaren Gehalte anderer flüchtiger Elemente wie Kohlenstoff und Stickstoff auf der Venus und der Erde gestützt.
Aber nach Durchsicht der Daten des SOIR-Instruments (Solar Occultation in the Infrared) auf der Raumsonde Venus Express (die von 2006 bis 2014 in Betrieb war) hat diese Geschichte einen Knick bekommen. Die Wissenschaftler fanden heraus, dass der Anteil von HDO im Vergleich zu H2O in der Venusatmosphäre nun 120-mal höher ist. „Diese Anreicherung ist in erster Linie auf die Sonnenstrahlung zurückzuführen, die Wasserisotopologe in der oberen Atmosphäre aufspaltet und dabei Wasserstoff- (H) und Deuterium- (D) Atome erzeugt“, schreiben die ESA-Wissenschaftler. „Da H-Atome aufgrund ihrer geringeren Masse leichter ins All entweichen, steigt das HDO/H2O-Verhältnis allmählich an.“
Sie stellten auch fest, dass die Konzentration von Wassermolekülen, sowohl H2O als auch HDO, mit der Höhe zunimmt, insbesondere zwischen 70 und 110 Kilometern über der Venusoberfläche. Außerdem stellten sie fest, dass das Verhältnis von HDO zu H2O in diesen Höhen extrem hoch ist, mehr als 1.500 Mal höher als in den Ozeanen der Erde. Dies deutet darauf hin, dass die Venusatmosphäre im Vergleich zur Erde viel mehr deuteriumreiches Wasser enthält, was auf erhebliche Unterschiede in den atmosphärischen Prozessen der beiden Planeten hindeutet.
Das Team spekuliert, dass diese Prozesse durch Klimamechanismen gesteuert werden könnten, an denen Schwefelsäure (H2SO4)-Aerosole beteiligt sind, die einen Großteil der Venuswolken ausmachen.
„Diese Aerosole bilden sich direkt über den Wolken, wo die Temperaturen unter den Taupunkt des schwefelhaltigen Wassers fallen, was zur Bildung von mit Deuterium angereicherten Aerosolen führt“, erklären die Wissenschaftler. „Diese Partikel steigen in größere Höhen auf, wo sie aufgrund der höheren Temperaturen verdampfen und dabei einen größeren Anteil an HDO im Vergleich zu H2O freisetzen. Der Dampf wird dann nach unten transportiert, wodurch der Zyklus erneut beginnt.“
Wie werden sich die Ergebnisse auf unser Verständnis des Planeten auswirken? Erstens hofft das Team, dass zukünftige Studien berücksichtigen werden, wie sich das Verhältnis von Deuterium zu Wasserstoff (D/H) mit der Höhe ändert, wenn sie die Gesamtmenge dieser Gase in der Venusatmosphäre berechnen. Zweitens beeinflusst die Art und Weise, wie sich D/H mit der Höhe verändert, wie schnell Wasserstoff und Deuterium in den Weltraum entweichen. Zum Beispiel wird hoch in der Atmosphäre viel mehr Deuterium freigesetzt als erwartet, was sich auf das gesamte D/H-Verhältnis auswirken kann, wenn ein Teil des Deuteriums entweicht.
Das bedeutet, dass die Wissenschaftler detaillierte Modelle verwenden müssen, die diese Höhenänderungen berücksichtigen, um genau zu verstehen, wie sich die Venusatmosphäre entwickelt hat und wie viel Wasser sie im Laufe der Zeit verloren haben könnte.
