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Brinicles und der Ursprung des Lebens
Einer der merkwürdigeren Prozesse, die im Winter unter dem antarktischen Meereis ablaufen, ist die Bildung von Brinicles. Dies sind hohle Eisröhren, die wie Eiszapfen aus dem Eispaket in das darunter liegende Meer ragen.
Brinicles bilden sich jedoch auf ganz andere Weise als Eiszapfen, sind aber wenig erforscht, teilweise wegen der Schwierigkeit, sie zu beobachten. Tatsächlich wurden sie nur zum ersten Mal in situ beim Formen gefilmt BBC-Dokumentation Frozen Planet, die 2011 ausgestrahlt wurde .
Heute hoffen Julian Cartwright von der Universität Granada in Spanien und einige Freunde, dies zu ändern, indem sie die Bildung, Chemie und Struktur von Brinicles genauer untersuchen. Bei den Bauwerken handelt es sich um eine besondere Form des chemischen Systems, den sogenannten Chemiegarten, der entscheidend vom Zusammenspiel zwischen hochkonzentrierter Sole, Wasser nahe dem Gefrierpunkt und Eisbildung abhängt.
Interessanter ist jedoch, dass Brinicle eine wichtige Rolle bei der Entstehung des Lebens auf der Erde gespielt haben könnten und dass ähnliche Strukturen anderswo im Sonnensystem ebenso wichtig sein könnten.
Herkömmliche chemische Gärten sind röhrenförmige Strukturen, die sich bilden, wenn Metallsalzkristalle in bestimmte Lösungen eingetaucht werden.
Sie treten in einer Reihe natürlicher Situationen auf, beispielsweise in einigen geologischen Formationen und in der Nähe von hydrothermalen Quellen.
Normalerweise wachsen die röhrenförmigen Strukturen nach oben. Aber bei Brinicles wachsen die Röhren nach unten, also was gibt es?
Der Effekt tritt im Eis unter der Meeresoberfläche auf, da Sole einen niedrigeren Gefrierpunkt als Wasser hat. Wenn eingeschlossenes Meerwasser gefriert, schließt es Salz aus, wodurch der Salzgehalt der Sole in der Nähe erhöht und der Gefrierpunkt noch weiter gesenkt wird.
Wenn das Eis reißt, kann die eingeschlossene Sole in das darunterliegende Meer austreten und nach unten abfließen, da sie dichter als Wasser ist.
Und weil es so kalt ist, verwandelt die Sole das Meerwasser, auf das sie trifft, in Eis. So bildet sich die Röhrenstruktur und wächst weiter, solange die Sole fließt.
Dieser Vorgang wirft für Physiker interessante Fragen auf. Zum Beispiel weist der Prozess, bei dem Eis Salz abstößt, um den Salzgehalt der Sole zu erhöhen, interessante Ähnlichkeiten mit dem umgekehrten Osmoseprozess auf.
Das ist wichtig, denn die Umkehrosmose ist der Schlüsselprozess, der in den Meerwasserentsalzungsanlagen in Trinkwasser umgewandelt wird.
Es ist nur möglich, dass ein besseres Verständnis dafür, wie Brinicle denselben Prozess zur Herstellung von reinem Eis durchführen, zu besseren Möglichkeiten führen könnte.
Die interessanteste Beobachtung von Cartwright und Co. ist jedoch, dass Brinicle auch chemische Gradienten, elektrische Potentiale und Membranen erzeugen – alles Voraussetzungen für die Entstehung von Leben.
Genau die gleichen Bedingungen treten an hydrothermalen Quellen auf, die im Mittelpunkt der Aufmerksamkeit vieler Biologen standen, die besser verstehen wollten, wie Leben entstanden sein könnte.
Der Punkt, den Cartwright und Co machen, ist, dass Brinicles genauso interessant sein können. Da Brinicle eine wichtige Rolle bei der Dynamik des Soletransports durch Meereis spielen, könnten sie auch in diesem Szenario eines kalten Ursprungs des Lebens eine Rolle spielen, genau wie hydrothermale Quellen in den Theorien der heißen Umgebung.
Darüber hinaus könnten Brinicles auf ozeantragenden Planeten und Monden wie Europa allgegenwärtig sein, wo sie ebenso interessante Rollen spielen könnten.
Offensichtlich ein faszinierender Bereich, in dem weitere Arbeiten sehr fruchtbar sein könnten.
Ref: arxiv.org/abs/1304.1774 : Brinicles als Fall von inversen chemischen Gärten