Een nieuwe kijk op hoe chemicaliën op Jupiter's maan Europa mogelijk samen reageren, zou nieuw inzicht kunnen geven in hoe chemische reacties kunnen optreden in de ijzige korst van de maan, ondanks ijskoude temperaturen. Omdat de reactie plaatsvindt zonder de hulp van straling, kan deze plaatsvinden in heel Europa's dikke ijslaag. Als dit gebeurt, zou het het huidige denken over de chemie en geologie van deze maan en misschien ook van anderen veranderen.
Europa heeft temperaturen van ongeveer 86 tot 130 Kelvin (minus 300 tot minus 225 graden Fahrenheit), en in die extreem koude omstandigheden vereisen de meeste chemische reacties een infusie van energie door straling of licht. Op Europa komt de energie uit deeltjes uit de stralingsgordels van Jupiter. Omdat de meeste van die deeltjes slechts een fractie van een centimeter in het oppervlak doordringen, houden modellen van Europa's chemie daar meestal op.
"Wanneer mensen in Europa over chemie praten, hebben ze het meestal over reacties die worden veroorzaakt door straling", zegt Goddard-wetenschapper Reggie Hudson. "Als je eenmaal onder het oppervlak van Europa komt, is het koud en stevig en verwacht je normaal gesproken niet dat dingen onder die omstandigheden erg snel zullen gebeuren", zegt Reggie Hudson, van NASA Goddard's Astrochemistry Laboratory.
"Maar met de chemie die we beschrijven," zei Mark Loeffler, de eerste auteur van het artikel dat wordt gepubliceerd in Geophysical Research Letters, "zou je ijs kunnen hebben van 10 of 100 meter [ongeveer 33 of 330 voet] dik, en als het zwavel bevat als je er koolzuur in hebt gemengd, krijg je een reactie. '
Spectroscopie laat zien dat er zwavel in het ijs van Europa zit, en astronomen geloven dat het afkomstig is van de vulkanen van de maan Io van Jupiter, vervolgens geïoniseerd wordt en naar Europa wordt getransporteerd, waar het in het ijs wordt ingebed. Maar oorspronkelijk dachten astronomen dat er niet veel reactie kon optreden tussen waterijs en zwavel.
Loeffler en Hudson spoten waterdamp en zwaveldioxidegas op kwartspiegels in een hoogvacuümkamer. Omdat de spiegels op ongeveer 50 tot 100 Kelvin werden gehouden (ongeveer min 370 tot min 280 graden Fahrenheit), condenseerden de gassen onmiddellijk als ijs. Naarmate de reactie vorderde, gebruikten de onderzoekers infraroodspectroscopie om de afname van de concentraties van water en zwaveldioxide en de toename van de concentraties van positieve en negatieve ionen te bekijken.
Zelfs bij extreem koude temperaturen reageerden de moleculen snel in hun ijzige vorm. "Bij 130 Kelvin [ongeveer min 225 graden Fahrenheit], wat het warme einde van de verwachte temperaturen op Europa vertegenwoordigt, is deze reactie in wezen onmiddellijk", zei Loeffler. “Bij 100 Kelvin kun je de reactie na een halve dag tot een dag verzadigen. Als dat niet snel klinkt, bedenk dan dat op geologische tijdschalen - miljarden jaren - een dag sneller is dan een oogwenk. "
Om de reactie te testen, voegden de onderzoekers bevroren kooldioxide toe, ook bekend als droogijs, dat vaak voorkomt op ijzige lichamen, waaronder Europa. 'Als bevroren kooldioxide de reactie had geblokkeerd, zouden we lang niet zo geïnteresseerd zijn', zei Hudson, 'omdat de reactie dan waarschijnlijk niet relevant zou zijn voor de chemie van Europa. Het zou een laboratorium nieuwsgierigheid zijn. ' Maar de reactie ging door, wat betekent dat het zowel op Europa als op Ganymedes en Callisto, nog twee van de manen van Jupiter, en andere plaatsen waar zowel water als zwaveldioxide aanwezig zijn, significant kan zijn.
De reactie zette een kwart tot bijna een derde van het zwaveldioxide om in verschillende producten. 'Dit is een onverwacht hoge opbrengst voor deze chemische reactie', zegt Loeffler. 'We zouden blij zijn geweest met vijf procent.'
Bovendien reageren de geproduceerde positieve en negatieve ionen met andere moleculen. Dit kan tot een intrigerende chemie leiden, vooral omdat bisulfiet, een type zwavelion, en sommige andere producten van deze reactie vuurvast stabiel genoeg zijn om lang mee te gaan.
Deze nieuwe bevinding zal zeker leiden tot nieuwe observaties op afstand van Europa om te zien of er bewijs kan worden gevonden voor op reacties gebaseerde producten.
Bron: JPL
