In einer der lebensfeindlichsten Regionen der Erde läuft eine rostrote Flüssigkeit über weißes Gletschereis, als würde der Gletscher bluten. Der Blutwasserfall in der Antarktis gab der Forschung mehr als hundert Jahre lang Rätsel auf, denn die naheliegende Erklärung erwies sich als falsch. Heute weiß man, dass hinter der Farbe ein abgeschlossenes Reservoir steckt, in dem Leben unter Bedingungen überdauert, die eigentlich keines zulassen.
Die McMurdo-Trockentäler an der Ostflanke der Antarktis gehören zu den ungewöhnlichsten Landschaften des Planeten. Sie sind nahezu schneefrei, weil trockene Fallwinde jede Feuchtigkeit sofort wegtragen, und gelten mit Niederschlagsmengen im Bereich weniger Millimeter pro Jahr als eine der trockensten Regionen der Erde. Zwischen kahlen Felsflanken schieben sich Gletscherzungen in die Täler, und genau an einer davon, dem Taylor-Gletscher, zeigt sich ein Bild, das nicht in diese Umgebung zu passen scheint. Aus einer Spalte im Eis tritt eine Flüssigkeit aus, die sich über eine Höhe von etwa fünf Stockwerken ergießt und dabei eine Farbe annimmt, die an frisches Blut erinnert. Der australische Geologe Thomas Griffith Taylor stieß 1911 während der Terra-Nova-Expedition darauf und gab dem Tal später seinen Namen.
Taylors erste Erklärung lag nahe und war falsch. Er vermutete Rotalgen als Ursache, denn Algen färben anderswo tatsächlich Schnee und Eis rötlich. Chemische Analysen widerlegten diese Annahme jedoch bald, und damit begann eine Rätselgeschichte, die sich über ein Jahrhundert zog. Sie ist deshalb so lehrreich, weil an ihr sichtbar wird, wie Wissenschaft arbeitet: Erst in den 1960er Jahren rückte Eisen als Farbträger in den Blick, in den 2000er Jahren wurde der uralte marine Ursprung der Flüssigkeit greifbar, kurz darauf beschrieben Mikrobiologen die dort lebenden Organismen, und die letzte offene Frage nach der genauen Form des Eisens klärte sich erst im vergangenen Jahrzehnt. Jede Antwort brachte eine neue Frage hervor.
Der Blutwasserfall verdankt seine Farbe keinem Pigment und keinem Lebewesen, sondern schlichter Chemie. Die austretende Sole ist beim Verlassen des Gletschers klar. Sie enthält gelöstes zweiwertiges Eisen, das in dieser Form farblos ist. Sobald die Flüssigkeit auf Sauerstoff und Tageslicht trifft, oxidiert das Eisen zu dreiwertigem Eisen, und es entsteht Eisenoxid, chemisch also nichts anderes als Rost. Genau dieser Vorgang färbt das Eis rot.
Dass die Sole überhaupt fließt, obwohl in den Trockentälern Temperaturen weit unter dem Gefrierpunkt herrschen, liegt an ihrem Salzgehalt. Sie ist etwa zwei- bis dreimal salziger als Meerwasser, was ihren Gefrierpunkt auf ungefähr minus fünf bis minus sieben Grad Celsius senkt. Hinzu kommt ein Effekt, der in der Kältephysik gut bekannt ist: Wenn Wasser gefriert, gibt es Wärme ab. Diese Kristallisationswärme hält die umgebende Sole flüssig und sorgt dafür, dass der Nachschub nicht im Eis stecken bleibt. Der Gletscher friert also nicht zu, sondern hält sich seinen eigenen Kanal offen.
Die Herkunft der Flüssigkeit ist der eigentliche Kern der Geschichte. Unter dem Taylor-Gletscher liegt ein Reservoir aus stark salzhaltigem Wasser, das aus eingedampftem Meerwasser hervorgegangen ist und Mineralien aus dem darunterliegenden Gestein aufgenommen hat. Als der Gletscher vorrückte, schloss er dieses Wasser ein. Schätzungen gehen von rund 1,5 bis 2 Millionen Jahren Isolation aus, unter einer Eisdecke von mehreren hundert Metern. Seither gab es dort weder Licht noch nennenswerten Sauerstoff noch Kontakt zur Außenwelt. Lange war unklar, wie groß dieses verborgene System überhaupt ist, denn direkt hineinschauen lässt es sich nicht. Klarheit brachte eine luftgestützte Messmethode, bei der ein Sensor unter einem Hubschrauber den elektrischen Widerstand des Untergrunds erfasst. Salzwasser leitet Strom deutlich besser als Eis oder trockenes Gestein, weshalb sich die Sole auf diese Weise kartieren ließ. Das Ergebnis zeigte kein isoliertes Wasserloch, sondern ein weit verzweigtes Netz salziger Kanäle unter den Trockentälern.
Aus dieser Erkenntnis folgte die eigentliche Überraschung. In der austretenden Sole fanden Forscher um die Mikrobiologin Jill Mikucki mindestens 17 verschiedene Arten von Mikroorganismen, die dort seit Jahrhunderttausenden überdauern. Photosynthese scheidet als Energiequelle aus, weil kein Licht vorhanden ist, und die gewohnte Atmung mit Sauerstoff ebenfalls. Stattdessen nutzen diese Organismen Verbindungen aus Schwefel und Eisen: Sie ziehen den gebundenen Sauerstoff aus Sulfat und geben Elektronen an dreiwertiges Eisen ab, das dabei wieder in die zweiwertige Form übergeht. Auf diese Weise entsteht ein geschlossener Kreislauf, in dem dasselbe Eisen immer wieder verwendet wird, statt verbraucht zu werden. Zu den nachgewiesenen Gattungen zählen unter anderem Marinobacter, Thiomicrospira und Desulfocapsa, allesamt an Kälte, hohe Salzgehalte und Sauerstoffmangel angepasst. Eine neuere Untersuchung beschreibt zudem Hinweise auf Eukaryoten, also auf Zellen mit echtem Zellkern, was das Bild eines rein bakteriellen Systems erweitert.
Ein Detail blieb dennoch lange unerklärt: Untersuchungen der Feststoffe im austretenden Wasser fanden erstaunlich wenig kristallines Eisenmineral, obwohl die Farbe eindeutig auf Eisen hinwies. Aufgelöst wurde dieser Widerspruch mit hochauflösender Transmissionselektronenmikroskopie an der Johns Hopkins University. Der Materialwissenschaftler Ken Livi und sein Team entdeckten in den Proben winzige eisenreiche Kügelchen, etwa hundertmal kleiner als ein rotes Blutkörperchen. Diese Nanosphären sind nicht kristallin aufgebaut, sondern amorph, weshalb sie sämtliche mineralogischen Standardverfahren übersehen hatten, die nach geordneten Kristallgittern suchen. Neben Eisen enthalten sie Silizium, Kalzium, Aluminium und Natrium, und genau diese Zusammensetzung erzeugt die intensive Färbung, sobald die Teilchen an der Luft oxidieren.
Für die Astrobiologie ist der Blutwasserfall aus zwei Gründen wertvoll. Erstens zeigt er, dass ein Ökosystem in völliger Dunkelheit, bei Kälte, hohem Salzgehalt und ohne Sauerstoff über geologische Zeiträume bestehen kann. Genau solche Bedingungen werden unter der Eiskruste des Jupitermonds Europa und des Saturnmonds Enceladus vermutet, ebenso in salzhaltigen Schichten unter der Marsoberfläche. Zweitens liefert die Entdeckung der Nanosphären eine unbequeme technische Lehre. Livi weist darauf hin, dass die Analysegeräte heutiger Marsrover solche amorphen Teilchen nicht erkennen würden, selbst wenn sie unmittelbar darauf stünden. Ein Rover in den Trockentälern der Antarktis würde also möglicherweise gar nichts Auffälliges melden, obwohl er auf den Rückständen eines lebenden Systems parkt. Damit wird der rote Streifen im Eis zum Prüfstein für die Instrumente, mit denen künftig auf Eismonden nach Spuren von Leben gesucht werden soll.
Was den Blutwasserfall auf Dauer bemerkenswert macht, ist nicht die Farbe, sondern die Zeitspanne. Das Wasser, das dort austritt, hat die Erde zuletzt gesehen, als in Europa noch keine modernen Menschen lebten und die Eiszeiten gerade erst ihren Rhythmus fanden. Es hat weder Sonnenlicht noch frische Luft erlebt, und die Organismen darin haben in dieser Isolation eine eigene Überlebensstrategie ausgebaut. Der Gletscher wirkt damit als Zeitkapsel, die in unregelmäßigen Abständen ein wenig ihres Inhalts preisgibt. Jeder rote Fächer auf dem Eis ist eine Stichprobe aus einer Welt, die es so an der Oberfläche seit Jahrmillionen nicht mehr gibt, und die einzige Möglichkeit, sie zu untersuchen, ohne den Gletscher zu durchbohren. Am Ende bleibt ein Bild, das seiner Erklärung kaum nachsteht: eine weiße Eiswand in der leersten Landschaft der Erde, aus der etwas herausläuft, das an der Luft rostet.