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Auch ohne Leben könnte die Erde Milliarden Jahre bewohnbar bleiben
Eine Erde ohne Pflanzen, Tiere und Mikroben: Könnten dort trotzdem über Milliarden Jahre Ozeane bestehen? Eine neue Computersimulation deutet darauf hin, dass geologische Prozesse allein ein lebensfreundliches Klima ermöglichen können. Das Modell liefert zugleich einen Vergleichsmaßstab für die Suche nach außerirdischem Leben, denn ein bewohnbarer Planet muss nicht zwangsläufig bewohnt sein.
Seattle (U.S.A.). Bisher ist die Erde der einzige Planet, auf dem Leben sicher nachgewiesen wurde. Was an ihrer langen lebensfreundlichen Geschichte auf Organismen zurückgeht und was auf reine Geologie, ist daher schwer zu trennen. Denn Lebewesen, Ozeane, Atmosphäre und Gesteine haben auf unserem Planeten über Jahrmilliarden hinweg gemeinsam gewirkt.
Für die Suche nach außerirdischem Leben ist diese Unterscheidung entscheidend. Selbst ein erdähnlicher Himmelskörper mit Wasser an der Oberfläche könnte vollständig unbelebt sein. Um solche Welten erkennen zu können, müssen mögliche Lebenssignaturen deshalb mit nichtbiologischen Erklärungen verglichen werden.
Forscher der University of Washington (UW) um Dr. Samantha Gilbert-Janizek haben dazu die Erde in einem Computermodell von ihrer frühen Geschichte bis in die ferne Zukunft nachgebildet. Anders als frühere Modellversionen berücksichtigt die Simulation neben Erdkern, Mantel und Kruste auch Ozeane, Atmosphäre und die Wechselwirkungen zwischen ihnen. Biologische Prozesse wurden bewusst ausgeschlossen, während die Kreisläufe von Wasser und Kohlenstoff sowie die allmählich zunehmende Sonneneinstrahlung einflossen.
Dazu ließ das Team die modellierte Erde von 50 Millionen bis fünf Milliarden Jahren nach ihrer Entstehung durchlaufen. Nach 4,5 Milliarden Jahren verglich es den berechneten Zustand mit 19 Kennwerten der vorindustriellen Erde, darunter Temperatur, Kohlendioxidgehalt, Ozeanmenge und Wärmefluss aus dem Erdinneren.
Das Ergebnis: 17 der 19 Größen lagen innerhalb der jeweils angesetzten Unsicherheiten. Die Konzentration gelösten Kohlendioxids und der pH-Wert des Ozeans wichen etwas stärker ab. Allerdings wurden mehrere Modellparameter gezielt auf die Vergleichswerte abgestimmt, sodass die Übereinstimmung noch keine unabhängige Bestätigung der berechneten Erdgeschichte darstellt.
Entscheidend für die langfristige Bewohnbarkeit ist in der Simulation der geologische Kohlenstoffkreislauf. Vulkane geben Kohlendioxid frei, während die Verwitterung von Gesteinen das Treibhausgas langfristig aus der Atmosphäre entfernt. Steigt die Temperatur, verstärkt sich die Verwitterung und bremst damit die weitere Erwärmung.
Obwohl die junge Sonne schwächer leuchtete, konnte die simulierte Welt unter den gewählten Annahmen über lange Zeit lebensfreundliche Oberflächenbedingungen aufrechterhalten. Am vorindustriellen Vergleichspunkt erreichte sie eine mittlere Temperatur von 286,9 Kelvin, also rund 14 Grad Celsius. Auch die berechnete Ozeanmenge entsprach ungefähr derjenigen der heutigen Erde.
Dafür brauchte die Simulation keine Lebewesen, die Methan erzeugen oder durch biologische Prozesse Kohlendioxid binden. Das deutet darauf hin, dass eine erdähnliche Welt unter bestimmten Bedingungen auch ohne Leben über geologische Zeiträume bewohnbar bleiben könnte.
Die Modellrechnung liefert nicht nur Temperaturen und Gaskonzentrationen, sondern auch ein berechnetes Lichtspektrum. Es zeigt, wie die virtuelle Erde das Licht ihrer Sonne bei verschiedenen Wellenlängen reflektieren würde. Wasserdampf und Kohlendioxid hinterlassen darin erkennbare Spuren, während typische Signaturen der heutigen sauerstoffreichen, belebten Erde fehlen.