Es kommt heutzutage nur noch selten vor, dass ein für die Wissenschaft völlig neues Phänomen entdeckt wird, das den weltweiten Katalog der Objekte auf seltsame und wundersame Weise erweitert. Aber so wie es in den letzten Jahren mit unkontaktierten Stämmen, unsichtbaren Höhlen und Seeungeheuern geschehen ist, wurden vor kurzem antarktische Brinicles den Abenteurern im Sessel vorgestellt, vor allem dank eines bemerkenswerten Filmausschnitts der BBC.
Sie sind bizarre, weltfremde Gebilde, spindelförmige Tentakel, die aus dem schwimmenden Meereis in die kalten antarktischen Gewässer hinabreichen.
Normalerweise passt eine neue Beobachtung zu einer bereits bestehenden Theorie, die dann angewandt und verbessert werden kann, um die Entdeckung genau zu beschreiben. Da aber Brinikel in der wissenschaftlichen Welt relativ neu sind, gibt es keinen theoretischen Rahmen, mit dem man beginnen könnte. Welches Modell lässt sich also am besten auf Brinicles anwenden? Wie lassen sich diese ungewöhnlichen eisigen Strukturen am besten beschreiben?
Eine neue Studie unter der Leitung von Julyan Cartwright, Wissenschaftler an der Universität von Granada, versucht, einen Fahnenmast aufzustellen und die Brinikel als eine Manifestation des Prinzips des „chemischen Gartens“ zu bezeichnen.
Chemische Gärten sind ein fester Bestandteil des Chemieunterrichts in der High School – ein schnelles, visuell beeindruckendes Experiment, das zumindest eine Chance hat, die Aufmerksamkeit eines Teenagers zu erregen. Wenn ein Metallsalz (Kupfersulfat für blaue Gärten, Nickelsulfat für grüne Gärten) in eine wässrige Natriumsilikatlösung gegeben wird, lösen sich die Metalle zunächst auf, werden aber schnell zu festen Silikatmineralschalen konfiguriert. Im Inneren ist die Lösung salzig, außen ist sie reiner, und das osmotische Ungleichgewicht bewirkt, dass Wasser durch winzige Lücken in der Struktur des Minerals nach innen strömt. Durch die Strömung vergrößert sich das Innenvolumen, wodurch die Schale schließlich durchbrochen wird und die salzhaltige Lösung weiter ins Wasser fließen kann. An der chemischen Front wiederholt sich der Zyklus „Schalenbildung – osmotisches Gleichgewicht – Kristallausbruch“, was zu einer fortschreitenden, dendritischen Festkörperstruktur führt.
Brinikel lassen sich konzeptionell auf ähnliche Weise verstehen. Wenn der Winter über das Südpolarmeer hereinbricht, beginnt sich Eis zu bilden. Aber Eis ist eine feste Matrix aus Wassermolekülen, und die im Meerwasser enthaltenen Salze sind nicht zugelassen; sie sind vielmehr in dünnen Filmen konzentriert, die salzige, zähflüssige Pools bilden. Unerschrockene Wassermoleküle können sich durch die Eishülle aus dem darunter liegenden Meerwasser in die Sole drängen, begünstigt durch das osmotische Gefälle. Wenn der sich ausdehnende Solepool das Eis durchstößt, fällt er nach unten ins Meerwasser; da er aufgrund seines hohen Salzgehalts unterkühlt ist (dank desselben Prinzips, das auch für die Salzstreuung auf vereisten Straßen gilt), gefriert die salzige Flüssigkeit das Meerwasser, mit dem sie in Kontakt kommt. Eine Eisröhre wächst nach unten, angetrieben durch das Salzgefälle und die daraus resultierenden Gefrierpunktsunterschiede.
Dr. Andrew Thurber ist einer der wenigen Wissenschaftler, die das Wachstum von Solepartikeln aus erster Hand beobachten konnten. Als Postdoctoral Fellow, der vom Office of Polar Programs der National Science Foundation unterstützt wird, untersucht er die Auswirkungen von Raubtieren auf mikrobielle Gemeinschaften und Nährstoffkreisläufe in den Ozeanen um die Antarktis. Als er auf der Suche nach Proben unter das Meereis tauchte, beschrieb Thurber eine fantastische Szene, die von nach unten kriechenden Brinikeln unterbrochen wurde. „Sie sehen aus wie umgedrehte Kakteen, die aus Glas geblasen werden“, sagt er, „wie etwas aus der Fantasie von Dr. Suess. Sie sind unglaublich empfindlich und können bei der geringsten Berührung zerbrechen.“
Aber für die Meeresbewohner in der Nähe verbergen die zerbrechlichen Eishüllen eine tödliche Waffe: Die eiskalte Sole kann Tiere töten, die zur falschen Zeit am falschen Ort gefangen sind. „In Gegenden, in denen die Sole früher vorkam oder die sehr aktiv waren, bilden sich kleine Lachen aus Sole, die wir als schwarze Lachen des Todes bezeichnen“, berichtet Thurber. „
Die wissenschaftliche Erforschung der Brinicles steckt noch in den Kinderschuhen, aber diese mysteriösen eisigen Finger sind eine bemerkenswerte Ergänzung des Repertoires der Natur.