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Forschende aus Bern und Berlin haben ein Modell entwickelt, mit dem sie den CO2-Zyklus auf Ozeanplaneten ausserhalb unseres Sonnensystems studieren können. Ihre Ergebnisse zeigen, dass sich dieser Zyklus negativ auf die Stabilität des Klimas und damit auch auf die Lebensfreundlichkeit dieser Planeten auswirkt.
Ozeanplaneten sind eine spezielle Klasse von Planeten, welche sich dadurch auszeichnen, dass sie – im Gegensatz zur Erde – von einem tiefen globalen Ozean dominiert sind. Sie kommen in unserem Sonnensystem zwar nicht vor, ihre Existenz wird aber in extrasolaren Planetensystemen vermutet. In einer im Journal «Monthly Notices of the Royal Astronomical Society» veröffentlichten Studie untersuchte ein Team des Berner Center for Space and Habitability (CSH) um Daniel Kitzmann, zusammen mit Kolleginnen und Kollegen vom Deutschen Zentrum für Luft- und Raumfahrt (DLR) in Berlin, solche Ozeanplaneten auf ihre Lebensfreundlichkeit – und kam zum Schluss, dass diese geringer ist, als bislang vermutet.
«Die sogenannte habitable Zone ist der Bereich um einen Stern, in der ein erdähnlicher Planet über einen längeren Zeitraum flüssiges Wasser auf der Oberfläche besitzen kann», sagt Daniel Kitzmann, Hauptautor der Studie. «Auf den ersten Blick bieten Ozeanplaneten also sehr lebensfreundliche Bedingungen, da ihre Oberfläche jeweils vollständig mit Wasser bedeckt ist.» Das Vorhandensein von flüssigem Wasser sei nämlich eine zentrale Voraussetzung für die Entstehung und Entwicklung von Leben, wie wir es kennen. Allerdings hat diese grosse Wassermenge auch einen stark negativen Einfluss auf das Klima eines Ozeanplaneten, wie die Forschenden herausfanden.
Exotisches Hochdruckeis bedeckt Ozeanboden
Bedeckt viel Wasser den Planeten, steigt der Druck am Grund des Ozeans so stark an, dass das Wasser dort in Form von exotischem Hochdruckeis (sogenanntem Eis VII und Eis VI) vorkommt. Es hat eine derart hohe Dichte, dass es sich auf dem Meeresboden ablagert. Dort bildet es eine Barriere zwischen dem Gestein auf dem Meeresgrund und dem Wasser darüber – und unterbindet so den Austausch von Kohlendioxid (CO2) zwischen dem planetaren Gesteinsmantel und dem Ozean.
Der atmosphärische Gehalt von CO2 übt einen grossen Einfluss auf die Oberflächentemperatur eines Planeten aus und ist somit ein entscheidender Faktor für dessen Lebensfreundlichkeit, wie Daniel Kitzmann erläutert. In ihrer Studie konzentrierten sich die Forschenden daher auf den Austausch von CO2 zwischen dem Ozean und der Atmosphäre. Im Gegensatz zum gesteinsbasierten sogenannten Carbonat-Silikat-Zyklus, der auf der Erde den CO2-Gehalt der Atmosphäre reguliert und das Klima langfristig stabilisiert, hat der rein wasserbasierte CO2-Zyklus auf einem Ozeanplaneten einen destabilisierenden Einfluss.
«Zu viel Wasser ist schlecht fürs Leben»
Der wasserbasierte CO2-Zyklus ist wesentlich bestimmt durch die Löslichkeit von CO2 im Wasser, das heisst durch die Aufnahme oder Abgabe von atmosphärischem CO2 durch den Ozean. Dieser Prozess ist stark temperaturabhängig: Bei einer Abkühlung der Atmosphäre und des Ozeans – etwa aufgrund einer Verringerung der Sonnenaktivität – nimmt das Wasser wesentlich mehr CO2 auf und entzieht der Atmosphäre damit dieses wichtige Treibhausgas, was sie wiederum weiter abkühlen lässt. Erwärmen sich die Atmosphäre und der Ozean hingegen, wird zunehmend das im Ozean gebundene CO2 freigesetzt. Das verstärkt den atmosphärischen Treibhauseffekt und damit die Erwärmung.
Dieser destabilisierende CO2-Zyklus führt laut Daniel Kitzmann zu einer wesentlich kleineren habitablen Zone als ursprünglich vermutet. Obwohl ein Ozeanplanet also im Prinzip das für Leben benötigte Wasser in grossen Mengen zur Verfügung habe, so der Forscher, führe gerade dieses dazu, dass die Wahrscheinlichkeit, dort Leben zu finden, kleiner sei als für erdähnliche Planeten. «Zusammengefasst kann man sagen: Zu viel Wasser ist schlecht fürs Leben.»
Angaben zur Publikation:
Daniel Kitzmann et al.: The unstable CO2 feedback cycle on ocean planets, Monthly Notices of the Royal Astronomical Society, 452, 3752-3758 (2015)
oder: arxiv.org/abs/1507.01727
http://tinyurl.com/ozeanplaneten
http://nccr-planets.ch/too-much-water-is-bad-for-life/ (English interview with Daniel Kitzmann)
Künstlerische Darstellung des vermutlich von Ozeanen bedeckten Exoplaneten Kepler-69c.
NASA/Ames/JPL-Caltech
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Merkmale dieser Pressemitteilung:
Journalisten
Physik / Astronomie
überregional
Forschungsergebnisse, Kooperationen
Deutsch
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