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Mittwoch, 28.09.2016
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Wie lebensfreundlich sind Wasserplaneten?

CO2-Teufelskreis zwischen Ozean und Atmosphäre engt stabilen Klimabereich ein

Fataler Teufelskreis: Wasserplaneten sind wahrscheinlich weniger lebensfreundlich als gedacht. Denn eine sich verstärkende Rückkopplung sorgt dafür, dass sich selbst kleine Klimaschwankungen enorm aufschaukeln können, wie Forscher anhand von Modellen herausgefunden haben. Gute Bedingungen für Leben bietet ein solcher Ozeanplanet daher nur in einer sehr schmalen habitablen Zone um seinen Stern – und dieser müsste noch dazu sehr gleichmäßig strahlen.
Ein ferner Ozeanplanet - wie lebensfreundlich wäre er?

Ein ferner Ozeanplanet - wie lebensfreundlich wäre er?

Eine Welt ohne Land: Planeten, die komplett von Wasser bedeckt sind, gibt es nicht nur in Spielfilmen wie "Interstellar". Inzwischen haben Astronomen auch Exoplaneten entdeckt, die zu diesen Ozeanplaneten gehören. Einer von ihnen ist die 2012 entdeckte Supererde GJ1214b. Er besitzt wahrscheinlich nur einen kleinen Gesteinskern, der Rest aber ist Wasser.

Wasser gleich Leben?


"Auf den ersten Blick bieten Ozeanplaneten sehr lebensfreundliche Bedingungen, weil ihre Oberfläche vollständig mit Wasser bedeckt ist", sagt Daniel Kitzmann vom Center for Space and Habitability (CSH) der Universität Bern. Flüssiges Wasser gilt als zentrale Voraussetzung für die Entstehung von Leben. Deshalb definiert man die habitable Zone um einen Stern auch als den Bereich, in dem die Temperaturen die Existenz von flüssigem Wasser zulassen.

Aber wie lebensfreundlich ist ein solcher Ozeanplanet wirklich? Bedeutet viel Wasser auch automatisch bessere Chancen? Um das herauszufinden, haben Kitzmann und seine Kollegen den Kohlendioxid-Kreislauf auf solchen Wasserwelten untersucht. Sie ermittelten mit Hilfe von Modellen, wie stark dieses Treibhausgas vom Ozean aufgenommen wird und wie gut dieser CO2-Schwankungen abpuffern kann.


Statt schwimmendem Meereis wie hier hätte ein hunderte Kilometer tiefer Ozeanplanet exotische Eisformen auf dem Meresgrund.

Statt schwimmendem Meereis wie hier hätte ein hunderte Kilometer tiefer Ozeanplanet exotische Eisformen auf dem Meresgrund.

Barriere aus exotischem Eis


Eines der Probleme von Ozeanplaneten ist schon länger bekannt: Bedeckt zu viel Wasser den Planeten, steigt der Druck am Grund des Ozeans stark an. Das Wasser bildet dort dann exotisches Hochdruckeis vor - sogenanntes Eis VII und Eis VI. Dieses hat eine besonders dichte Kristallform und lagert sich auf dem Meeresboden ab. Dadurch bildet es jedoch eine Barriere zwischen dem Untergrundgestein und dem Wasser – und unterbindet so den Austausch von CO2.

Dieser Austausch zwischen Gestein und Ozean aber ist für die Regulation des CO2-Gehalts der Atmosphäre enorm wichtig. Auf der Erde geschieht dies, indem verwitternde Gesteine CO2 aufnehmen und es in die Gewässer und ins Meer schwemmen. Dort wird es von Meeresorganismen aufgenommen und in Karbonate umgewandelt, die sich am Meeresboden ablagern. "Das entfernt CO2 aus dem System Ozean/Atmosphäre und kann so das Klima der Erde überlange Zeiträume hinweg stabilisieren", erklärt Kitzmann.

Fataler Teufelskreis


Doch auf einem reinen Ozeanplaneten gibt es keinen stabilisierenden Karbonat-Silikat-Zyklus, wie die Forscher berichten: Weil das exotische Eis die Ablagerung von kohlenstoffhaltigen Sedimenten verhindert, findet ein Austausch von CO2 nur zwischen Wasser und Atmosphäre statt. Die puffernden Speicher des Sediments fallen hier weg. Das aber bedeutet, dass Schwankungen des atmosphärischen CO2-Gehalts weniger gut ausgeglichen werden können, wie die Forscher ermittelten.

Wasser allein kann den CO2-Kreislauf nicht stabilisieren.

Wasser allein kann den CO2-Kreislauf nicht stabilisieren.

Kühlt sich die Atmosphäre eines Ozeanplaneten ab – beispielsweise weil sich die Aktivität seines Sterns verringert – dann wird auch das Meer kühler. Dadurch kann das Wasser mehr CO2 aufnehmen, weil dieser Prozess temperaturabhängig ist. Die fatale Folge: Der Ozean schluckt immer mehr Treibhausgas und kühlt so die Atmosphäre zusätzlich ab. Dadurch kühlt auch das Meer weiter ab und nimmt noch mehr CO2 auf – es entsteht ein Teufelskreis von sich verstärkenden Rückkopplungen. Umgekehrt kann sich eine Erwärmung auf ähnliche Weise aufschaukeln.

"Zu viel Wasser ist schlecht fürs Leben"


Ein Ozeanplanet wäre daher immer in Gefahr, in die eine oder andere Richtung umzukippen, weil seinem CO2-Zyklus ein stabilisierender Puffer fehlt. Das aber bedeutet, dass ein solcher Planet nur in einem wesentlich engeren Temperaturbereich stabil sein kann als ein Gesteinsplanet wie die Erde, erklärt Kitzmann. Die habitable Zone für einen Wasserplaneten wäre daher viel schmaler.

"Zusammengefasst kann man sagen: Zu viel Wasser ist schlecht fürs Leben", so der Forscher. Allerdings: Bei Planeten oder Monden mit einem Ozean unter einer Eiskruste könnte dies wieder anders aussehen. So gibt es auf dem Jupitermond Europa wahrscheinlich durchaus einen direkten Kontakt zwischen Untergrundgestein und Wasser. (Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 2015; arXiv:1507.0172)
(Universität Bern, 31.08.2015 - NPO)
 
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