Jupitermond Io war von Anfang an eine Vulkanwelt

Seit seiner Entstehung vor 4,5 Milliarden Jahren war der Vulkanmond Io andauernd aktiv. Darauf weisen Untersuchungen von Schwefel- und Chlorisotopen hin. In manchen Theorien ging man bislang von zeitlich unterbrochenen Aktivitätsphasen aus.

Der Jupitermond Io ist die geologisch aktivste Welt in unserem Sonnensystem. Mindestens 200 Vulkane sind auf seiner Oberfläche gleichzeitig tätig und verändern ständig dessen Oberfläche. Dies zeigt sich daran, dass es auf Io keine großen Einschlagkrater aus der Frühzeit des Sonnensystems gibt, die auf den benachbarten Monden Ganymed und Kallisto häufig auftreten. Unklar war jedoch bislang, ob Io von Anfang an so aktiv war oder ob sich seine vulkanische Tätigkeit episodenhaft mit langen Ruhephasen abspielt. Um dieser Frage nachzugehen, untersuchte eine Gruppe um Katherine de Kleer vom California Institute of Technology in Pasadena die Isotopenverhältnisse von Schwefel und Chlor in den von Io ausgestoßenen Gasen.

Io besitzt nur eine hauchdünne Atmosphäre, die einem Hochvakuum ähnelt. Hier dominiert das Gas Schwefeldioxid SO2. Aber auch Schwefeloxid SO sowie Natrium- und Kaliumchlorid lassen sich in dieser dünnen Gashülle nachweisen. Für die Untersuchungen setzte die Gruppe den Teleskopverbund ALMA der Europäischen Südsternwarte ESO in Chile ein und beobachtete Io im Bereich der Millimeterwellen, also Radiowellen. Dabei wurden in den Spektren Rotationsübergänge dieser Moleküle registriert. Hieraus lassen sich Rückschlüsse auf die Isotopenverhältnisse bei Schwefel und Chlor ableiten.

Das Team fand, dass das Verhältnis der Schwefelisotope S-34 zu S-32 im Vergleich zum solaren oder irdischen Verhältnis stark erhöht ist. Gleiches gilt für die Chlorisotope Cl-37 zu Cl-35. Dies bedeutet, dass Io den größten Teil der leichten Schwefel- und Chlorisotope innerhalb der letzten 4,5 Milliarden Jahre nach seiner Entstehung im unmittelbaren Umfeld von Jupiter verloren hat, was auf einen großen Verlust von Schwefel und Chlor insgesamt hinweist. Im Fall vom Schwefel sind 94 bis 99 Prozent des Gesamtanteil ins All entwichen; ähnliche Werte sind für Chlor anzunehmen. Dies gilt unter der Voraussetzung, das Io kurz nach seiner Entstehung die gleichen Isotopenverhältnisse für Schwefel und Chlor wie die Sonne oder die Erde aufwies.

Damit Io so viel seines ursprünglichen Gehalts an diesen Elementen verlieren konnte, müssen auf dem Jupitermond während der letzten 4,5 Milliarden Jahre ständig Vulkane aktiv gewesen sein. Es gab wohl keine längeren Phasen, in denen der Vulkanismus zeitweilig zur Ruhe kam, wie in anderen Theorien vermutet wurde. Verantwortlich für die extreme vulkanische Aktivität auf Io sind die Gezeiteneffekte von Jupiter und den Nachbarmonden Europa und Ganymed. Sie sorgen zusammen mit ihren Schwerefeldern dafür, dass das Innere von Io durch die Gezeiten ständig durchgewalkt wird. Hierbei entstehen enorme Mengen an Reibungswärme, welche die Vulkane antreibt.