Bei der Suche nach potenziell bewohnbaren außersolaren Planeten sind Wissenschaftler etwas eingeschränkt durch die Tatsache, dass wir nur einen Planeten kennen, auf dem Leben existiert (d. H. Die Erde). Aus diesem Grund suchen Wissenschaftler nach Planeten, die terrestrisch (d. H. Felsig) sind, sich in den bewohnbaren Zonen ihres Sterns befinden und Anzeichen von Biosignaturen wie atmosphärischem Kohlendioxid aufweisen - was für das Leben, wie wir es kennen, wesentlich ist.
Dieses Gas, das größtenteils auf vulkanische Aktivitäten hier auf der Erde zurückzuführen ist, erhöht die Oberflächenwärme durch den Treibhauseffekt und zirkuliert durch natürliche Prozesse zwischen dem Untergrund und der Atmosphäre. Aus diesem Grund haben Wissenschaftler lange geglaubt, dass Plattentektonik für die Bewohnbarkeit wesentlich ist. Laut einer neuen Studie eines Teams der Pennsylvania State University ist dies jedoch möglicherweise nicht der Fall.
Die Studie mit dem Titel „Kohlenstoffkreislauf und Bewohnbarkeit erdgroßer stehender Deckelplaneten“ wurde kürzlich in der Fachzeitschrift veröffentlicht Astrobiologie. Die Studie wurde von Bradford J. Foley und Andrew J. Smye durchgeführt, zwei Assistenzprofessoren des Instituts für Geowissenschaften der Pennsylvania State University.
Auf der Erde ist Vulkanismus das Ergebnis der Plattentektonik und tritt dort auf, wo zwei Platten kollidieren. Dies führt zu einer Subduktion, bei der eine Platte unter die andere und tiefer in den Untergrund gedrückt wird. Diese Subduktion verwandelt den dichten Mantel in schwimmfähiges Magma, das durch die Kruste zur Erdoberfläche aufsteigt und Vulkane erzeugt. Dieser Prozess kann auch den Kohlenstoffkreislauf unterstützen, indem Kohlenstoff in den Mantel gedrückt wird.
Es wird angenommen, dass Plattentektonik und Vulkanismus für die Entstehung des Lebens hier auf der Erde von zentraler Bedeutung waren, da sie dafür sorgten, dass unser Planet genügend Wärme hatte, um flüssiges Wasser auf seiner Oberfläche zu halten. Um diese Theorie zu testen, erstellten die Professoren Foley und Smye Modelle, um zu bestimmen, wie bewohnbar ein erdähnlicher Planet ohne Plattentektonik wäre.
Diese Modelle berücksichtigten die thermische Entwicklung, die Krustenproduktion und das CO2 Radfahren, um die Bewohnbarkeit von felsigen, erdgroßen, stehenden Deckelplaneten einzuschränken. Dies sind Planeten, bei denen die Kruste aus einer einzelnen, riesigen Kugelplatte besteht, die auf dem Mantel schwimmt und nicht in getrennten Stücken. Es wird angenommen, dass solche Planeten weitaus häufiger sind als Planeten, die Plattentektonik erfahren, da noch kein Planet jenseits der Erde mit tektonischen Platten bestätigt wurde. Wie Prof. Foley in einer Pressemitteilung der Penn State News erklärte:
„Durch den Vulkanismus werden Gase in die Atmosphäre freigesetzt, und dann wird durch Verwitterung Kohlendioxid aus der Atmosphäre gezogen und in Oberflächengesteine und Sedimente gebunden. Durch das Ausbalancieren dieser beiden Prozesse bleibt das Kohlendioxid in der Atmosphäre auf einem bestimmten Niveau, was sehr wichtig ist, um sicherzustellen, dass das Klima gemäßigt und lebensfähig bleibt. “
Im Wesentlichen berücksichtigten ihre Modelle, wie viel Wärme das Klima eines stagnierenden Deckelplaneten behalten könnte, basierend auf der Menge an Wärme und wärmeerzeugenden Elementen, die bei der Entstehung des Planeten vorhanden waren (auch bekannt als sein anfängliches Wärmebudget). Auf der Erde gehören zu diesen Elementen Uran, das beim Zerfall Thorium und Wärme erzeugt, das dann zerfällt, um Kalium und Wärme zu erzeugen.
Nach Hunderten von Simulationen, die die Größe und chemische Zusammensetzung des Planeten variierten, stellten sie fest, dass stagnierende Deckelplaneten in der Lage sein würden, Temperaturen warm genug zu halten, damit Milliarden von Jahren flüssiges Wasser auf ihren Oberflächen vorhanden sein könnte. In extremen Fällen könnten sie lebenserhaltende Temperaturen von bis zu 4 Milliarden Jahren aushalten, was fast dem Alter der Erde entspricht.
Wie Smye angedeutet hat, ist dies teilweise auf die Tatsache zurückzuführen, dass Plattentektonik für die vulkanische Aktivität nicht immer notwendig ist:
"Sie haben immer noch Vulkanismus auf Planeten mit stehendem Deckel, aber er ist viel kürzer als auf Planeten mit Plattentektonik, weil nicht so viel Rad gefahren wird. Vulkane führen zu einer Folge von Lavaströmen, die im Laufe der Zeit wie Kuchenschichten vergraben werden. Steine und Sedimente erwärmen sich umso mehr, je tiefer sie vergraben sind. “
Die Forscher fanden auch heraus, dass stagnierende Deckelplaneten ohne Plattentektonik immer noch genug Wärme und Druck haben könnten, um eine Entgasung zu erfahren, bei der Kohlendioxidgas aus Gesteinen entweichen und an die Oberfläche gelangen kann. Auf der Erde, sagte Smye, tritt der gleiche Prozess mit Wasser in Subduktionsfehlerzonen auf. Dieser Prozess nimmt basierend auf der Menge der auf dem Planeten vorhandenen wärmeerzeugenden Elemente zu. Wie Foley erklärte:
"Es gibt einen Sweet-Spot-Bereich, in dem ein Planet genug Kohlendioxid freisetzt, um ein Einfrieren des Planeten zu verhindern, aber nicht so stark, dass die Verwitterung Kohlendioxid nicht aus der Atmosphäre ziehen und das Klima gemäßigt halten kann."
Nach dem Modell der Forscher waren das Vorhandensein und die Menge der wärmeerzeugenden Elemente weitaus bessere Indikatoren für das Potenzial eines Planeten, das Leben zu erhalten. Basierend auf ihren Simulationen stellten sie fest, dass die ursprüngliche Zusammensetzung oder Größe eines Planeten sehr wichtig ist, um zu bestimmen, ob er bewohnbar wird oder nicht. Oder wie sie es ausdrücken, die potenzielle Bewohnbarkeit eines Planeten wird bei der Geburt bestimmt.
Durch den Nachweis, dass stagnierende Deckelplaneten das Leben noch unterstützen könnten, hat diese Studie das Potenzial, das Spektrum dessen, was Wissenschaftler als potenziell bewohnbar betrachten, erheblich zu erweitern. Wenn das James Webb-Weltraumteleskop (JWST) im Jahr 2021 eingesetzt wird, werden die Atmosphären stagnierender Deckelplaneten untersucht, um das Vorhandensein von Biosignaturen (wie CO) festzustellen2) wird ein wichtiges wissenschaftliches Ziel sein.
Zu wissen, dass mehr dieser Welten das Leben erhalten könnten, ist sicherlich eine gute Nachricht für diejenigen, die hoffen, dass wir in unserem Leben Beweise für außerirdisches Leben finden.
