Regentropfen-Fossilien und außerirdisches Leben

29.03.2012

Was die Abdrücke von Regentropfen über die Geschichte der Erde verraten - und über ferne Planeten

Wer die Entwicklung des Sonnensystems und die der Erde gemeinsam betrachtet, stößt schnell auf ein offenkundiges Paradoxon: Als Hauptreihenstern scheint die Sonne nicht ihr ganzes Leben lang gleich hell. Mit dem Alter nimmt ihre Energieproduktion zu - deshalb leuchtet unser Zentralgestirn heute etwa ein Fünftel heller als noch vor zwei Milliarden Jahren. Obwohl die Erde damals aber deutlich weniger Sonnenenergie aufnehmen konnte, war es schon ungefähr so warm wie heute - das wissen die Paläontologen aus ihren Funden. Tatsächlich sollte jedoch die Kraft der Sonne nicht einmal gereicht haben, die Ozeane über den Gefrierpunkt von Wasser zu erwärmen: Keine optimalen Voraussetzungen für die Entwicklung der ersten Lebewesen.

Wie lässt sich das Dilemma lösen? Zum einen hängt die Energieaufnahme natürlich davon ab, welcher Teil der eingestrahlten Sonnenenergie wieder reflektiert wird. Wenn die Erde damals eine besonders niedrige Albedo besaß, weil es etwa eine kaum ausgeprägte Wolkendecke und große, dunkle Ozeane ohne Eisbedeckung gab, dann wäre damit eine größere Energieaufnahme erklärbar. Die Konkurrenztheorie bezieht sich auf die Zusammensetzung der Erdatmosphäre: Klimagase wie CO2 oder Methan könnten geholfen haben, unseren Planeten zu heizen. Ein Hoch auf die Klimaerwärmung?

Welche der beiden Theorien in welchem Ausmaß recht hat, ist schwer herauszufinden. Der Mensch zeichnet die Zusammensetzung der Atmosphäre erst seit kurzem auf. Mit Bohrkernen etwa im Antarktis-Eis gelangt man in die in diesem Zusammenhang wichtigen Zeiträume noch nicht. Ein Forscherteam der University of Washington schildert im Fachmagazin Nature eine clevere Idee, Licht ins Dunkel zu bringen. Die Wissenschaftler nutzen dazu ein alltägliches und zugleich uraltes Phänomen: Regentropfen. Tatsächlich haben schon vor Jahrmillionen Niederschläge ihre Spuren hinterlassen, die sich heute noch untersuchen lassen.

Regentropfen, so viel ist klar, erreichen in der Erdatmosphäre eine bestimmte Maximalgröße. Das liegt daran, dass ab einer bestimmten Geschwindigkeit der Tropfen zerreißt, weil Oberflächenspannung und interne hydrostatische Kräfte gegen die Aerodynamik nicht mehr ankommen. Diese Effekte haben sich über die Geschichte der Erde hinweg nicht verändert, noch immer sind Regentropfen nicht größer als 6,8 Millimeter (Durchmesser). Mit welcher Energie sie auf dem Boden aufschlagen, hängt von ihrer Größe und ihrer Endgeschwindigkeit ab.

Letztere ist ein Maß für die Dichte der Atmosphäre - das ist der Punkt, an dem es für die Forscher interessant wurde. Je nach Energie des Aufschlags und nach den Eigenschaften des Untergrunds haben die Tropfen unterschiedlich große Spuren hinterlassen. Diese Spuren kann man ausmessen. Und wenn man das Material kennt, das den Boden bildet, kann man auf die Geschwindigkeit der Tropfen und damit auf die Dichte der Atmosphäre schließen.

Die Wissenschaftler können auf diese Weise zeigen, dass sich der Luftdruck vor 2,7 Milliarden Jahren nicht wesentlich von den heutigen Werten unterschied. Das löst zwar das Rätsel der Jungen Sonne noch nicht ganz - es schließt aber ein paar Lösungen aus. Insbesondere die Erklärung mit Hilfe einfacher Klimagase. Sie setzt voraus, dass die Dichte der Atmosphäre damals ein ganzes Stück höher gewesen sein müsste. Damit bleiben nur die besonders effizienten Klimaveränderer übrig: Methan, Ethan oder Carbonylsulfid. Sie könnten zum Beispiel durch Vulkanausbrüche in der Atmosphäre freigesetzt worden sein. Alternativ kommt auch noch die Albedo-Theorie in Frage.

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