Forscher der University of Washington haben eine massive Computersimulation vorgestellt, in der sich die Erde ohne jegliche Beteiligung lebender Organismen entwickelt. Das in der Fachzeitschrift The Planetary Science Journal veröffentlichte Modell bildet fünf Milliarden Jahre geologische Erdgeschichte ab – von ihrer Entstehung vor rund 4,5 Milliarden Jahren bis 500 Millionen Jahre in die Zukunft. Die Simulation schließt jeglichen Einfluss von Biota komplett aus: weder Bakterien, Pflanzen noch Tiere kommen darin vor. Stattdessen verfolgt das Modell die Bewegung chemischer Elemente zwischen Kern, Mantelschicht, Kruste, Oberfläche und Atmosphäre und lässt Wissenschaftler verstehen, wie die chemische Zusammensetzung der Atmosphäre eines „toten“ Planeten beschaffen wäre.
Von der Vorarbeit zum vollwertigen Modell
Das Projekt ging aus Vorarbeiten des Labors von Astronomie-Assistenzprofessor Rory Barnes hervor, der den Grundstein für die Modellierung planetarer Innenprozesse legte. Hauptautorin Samantha Gilbert-Janisec erweiterte das Modell um Oberflächen- und Atmosphärenkomponenten. Infolgedessen kann die Simulation 19 Planeteneigenschaften abbilden, einschließlich des Wärmestroms durch den Erdmantel – ein kritischer Parameter zum Verständnis der geologischen Aktivität und des chemischen Austauschs zwischen tiefen Schichten und äußeren Hüllen.
Sauerstoff und Methan als Lebensmarker
Die Kernidee des Modells besteht darin, dass auf der echten Erde lebende Organismen ständig Sauerstoff- und Methanvorräte in der Atmosphäre auffüllen. Diese beiden Gase sind in Anwesenheit des jeweils anderen chemisch instabil: Sauerstoff oxidiert Methan und wandelt es in Kohlendioxid und Wasser um. Daher kann ihr gleichzeitiges Vorkommen in signifikanten Konzentrationen darauf hindeuten, dass biologische Prozesse ihre Reserven ständig erneuern und die natürliche Reaktion kompensieren. Würde ein Beobachter aus einem anderen Sternensystem das Spektrum der Erdatmosphäre analysieren, könnte genau diese Gaskombination sein Hauptindikator für Leben sein.
Wie das Modell Geologie von Biologie unterscheidet
Bevor Astronomen zuversichtlich verkünden können, Leben auf einem Exoplaneten entdeckt zu haben, müssen sie eine alternative Erklärung ausschließen: Könnten sich solche Gaskombinationen ausschließlich durch vulkanische, tektonische oder andere geologische Aktivitäten bilden? Das neue Computermodell ermöglicht es, diese Annahme zu überprüfen. Wenn eine Simulation ohne jegliches Leben in der Lage ist, die beobachtete atmosphärische Zusammensetzung eines fernen Planeten nachzubilden, wird die ungewöhnliche Gaskombination durch natürliche Prozesse erklärt. Kann das Modell eine solche Erklärung ohne biologische Faktoren hingegen nicht liefern, wird der Planet zu einem vorrangigen Kandidaten für detaillierte Folgeuntersuchungen.
Vorbereitung auf das NASA Habitable Worlds Observatory
Die Forscher gehen davon aus, dass das entwickelte Modell ein praktisches Werkzeug bei der Vorbereitung künftiger Weltraummissionen zur Suche nach außerirdischem Leben sein wird. Insbesondere kann es bei der Entwicklung und Kalibrierung des NASA Habitable Worlds Observatory eingesetzt werden – eines Projekts zur Untersuchung potenziell bewohnbarer Planeten um andere Sterne. Das Modell entdeckt außerirdisches Leben nicht von sich aus, schafft aber einen „Nullpunkt der Referenz“: einen chemischen Referenzhintergrund, den ein Planet ohne Biota aufweisen muss. Jede signifikante Abweichung von diesem Standard wird ein Signal sein, das genaue Aufmerksamkeit erfordert. So wird die digitale „tote Erde“ zu einem der Schlüsselinstrumente im Arsenal von Astronomen, die die Frage beantworten wollen, ob der Mensch im Universum allein ist.
