Das musst du wissen

  • Lebewesen haben eine wesentliche Rolle bei der aktuellen Zusammensetzung der Erdatmosphäre gespielt.
  • Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre hat dabei über die Jahrtausende zugenommen. Heute macht er zwanzig Prozent aus.
  • Weil die Sonne in den nächsten Jahrmillionen heisser werden wird, wird der Sauerstoff von der Erde verschwinden.

Unsere Erde ist im Universum etwas ganz Besonderes, denn ihre Atmosphäre ist reich an Sauerstoff. Ohne Sauerstoff kann es kein Leben, wie wir es kennen, geben. Ewig wird unsere Atmosphäre allerdings nicht währen, wie eine Studie zeigt. Forschende haben modelliert, dass die Atmosphäre in rund einer Milliarde Jahren verschwunden sein wird.

Sauerstoff gilt als Signatur für Leben auf einem Planeten. Deshalb wird besonders Sauerstoff in den Atmosphären von Exoplaneten gesucht, denn man hofft, eines Tages Spuren von Leben zu entdecken. Aber Sauerstoff existiert nur vorübergehend und ist deshalb vielleicht nicht die richtige Biosignatur. Auch das ist ein Resultat der neuen Studie.

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Studie: The future lifespan of Earth’s oxygenated atmosphereKommentarDies ist ein Kommentar der Autorin / des AutorsEs handelt sich um eine Modellierung, die auf bestimmten Annahmen basiert und ist mit Vorsicht zu geniessen. Weiter Forschung muss die Resultate bestätigen.Mehr Infos zu dieser Studie...

Die Studie. Das angewandte Modell kombiniert biologische, chemische, geologische und Umweltdaten. Es ist allgemein anerkannt, dass der Sauerstoffgehalt im Laufe der Jahre zugenommen hat. Heute macht er zwanzig Prozent der Atmosphäre aus, aber in der Archäischen Ära, vor vier Milliarden Jahren, war er fast nicht vorhanden. Das Auftreten von Pflanzen auf der Erdoberfläche hat seine Produktion beschleunigt.

Allerdings, so die Forscher, könnte die Photosynthese bei steigenden Temperaturen unzureichend werden. Das hat nichts mit der globalen Erwärmung zu tun, die uns in absehbarer Zukunft betrifft: Es ist die Entwicklung unserer Sonne, die in ein paar Milliarden Jahren zu einem Roten Riesen werden soll und das Quecksilber auf unserem Planeten etwas mehr in die Höhe treiben wird. Vor allem werden dadurch die geologischen Kohlenstoffkreisläufe gestört, denn die Aufnahme von Kohlenstoff durch Pflanzen und Ozeane ist temperaturabhängig. Infolgedessen kann weniger Sauerstoff produziert werden. Kazumi Ozaki von der Toho Universität in Japan, Hauptautor dieser Studie, fasst zusammen: «Die Deoxygenierung der Atmosphäre ist unvermeidlich.»

Dass Sauerstoff bei zunehmender Sonneneinstrahlung verschwindet, ist ein bekanntes Szenario. Aber diese neue Studie fügt der Gleichung ein Schlüsselelement hinzu: die Biosphäre oder der Einfluss des Lebens. Kazumi Ozaki erklärt:

«Wir wollten herausfinden, ob Lebewesen durch die Freisetzung von CO2 dazu beitragen können, dem erwarteten Rückgang des Sauerstoffs entgegenzuwirken», sagt der Autor. «Aber die Antwort ist nein.»

Kurz gesagt, die Lebewesen haben eine wesentliche Rolle bei der aktuellen Zusammensetzung der Atmosphäre gespielt, aber irgendwann werden sie gegen eine grössere und heissere Sonne machtlos sein.

Anwendung des Modells auf Exoplaneten. Mit ein paar Anpassungen könnte dieses Modell auf jeden erdähnlichen Planeten angewendet werden. Ein Gesteinsplanet in der richtigen Entfernung von seinem Stern, mit flüssigem Wasser auf seiner Oberfläche, könnte also ähnlich der Erde drei Phasen erleben: Zunächst eine Periode des Chaos, dann vielleicht eine Zeitspanne, in der seine Atmosphäre O2 enthalten könnte, was aber nur ein Bruchteil der Lebenszeit eines Planeten sein könnte. Und schliesslich verschwindet der Sauerstoff, wenn sich der Stern transformiert.

Welche Bio-Signatur soll verfolgt werden? Die nächste Generation von Teleskopen verspricht sensationelle Ergebnisse bei der Suche nach Leben auf Exoplaneten. Das mit Spannung erwartete James-Webb- Space Teleskop (JWST) zum Beispiel, dessen Start für Ende 2021 geplant ist, soll die Atmosphären von erdähnlichen Exoplaneten mit beispielloser Genauigkeit charakterisieren.

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Die Hoffnung wäre, Biosignaturen zu entdecken, also chemische Signaturen, die auf Spuren von Leben und vor allem Sauerstoff hindeuten. Eine Hoffnung, die enttäuscht werden könnte, wenn Sauerstoff nur ein flüchtiger Marker ist. In einer 2017 in der Zeitschrift Astrobiology veröffentlichten Studie wurde die Wahl von Sauerstoff als Biosignatur in Frage gestellt:

«Sauerstoff hat zwei Schwachstellen: Er kann durch abiotische Quellen erzeugt werden, was zur Erkennung von falsch-positiven Resultaten führen kann. Aber da das Leben bereits auf der Erde aufgetaucht war, als es noch fast nicht vorhanden war, würde sein Fehlen ebenfalls ein falsches Negativ darstellen.»

Was dann? Für Kazumi Ozaki gibt es keine Wunderlösung:

«Wir kennen im Moment keine Biosignaturen, die so zuverlässig und leicht zu untersuchen sind wie Sauerstoff. Wir müssen also seine Entwicklung und seinen Bezug zum Leben auf der Erde verstehen, damit wir es richtig einordnen können, wenn wir es auf einem anderen Planeten finden.»

Es geht also nicht unbedingt darum, bessere Bio-Signaturen als Sauerstoff zu finden, sondern zu verstehen, ob sein Vorhandensein in der Atmosphäre unbedingt ein Zeichen für Leben sein muss.

Dieser Beitrag wurde erstmals auf Heidi.news veröffentlicht. Er wurde von Corinne Goetschel aus dem Französischen übersetzt.

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Hier gibt es Wissenswertes aus der Westschweiz. Die Beiträge stammen von unserem Partner-Portal Heidi.news, wir haben sie aus dem Französischen übersetzt. Heidi.news ist ein Online-Portal, das im Mai 2019 lanciert wurde und das sich unter anderem auf die Berichterstattung über Wissen und Gesundheit spezialisiert. Die Partnerschaft zwischen Heidi.news und higgs ist durch eine Kooperation mit dem Schweizerischen Nationalfonds SNF entstanden.
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