Modelle der Entwicklung der Sonne zeigen, dass sie in der frühen Erdgeschichte bis zu 30 Prozent weniger leuchtend war als heute. Aber irgendwie war die Oberfläche des Planeten warm genug, um ursprüngliches Leben hervorzubringen. Eine neue Studie und ein Blick auf Saturns Mond Titan haben Hinweise darauf geliefert, wie die Sonne die frühe Erde warm genug hätte halten können. Wissenschaftler sagen, dass ein dicker organischer Dunst, der vor mehreren Milliarden Jahren die frühe Erde umhüllte, dem Dunst ähnelte, der Titan bedeckt, und das aufstrebende Leben auf dem Planeten vor den schädlichen Auswirkungen der ultravioletten Strahlung geschützt und gleichzeitig den Planeten erwärmt hätte.
Eric Wolf von der University of Colorado-Boulder und sein Team glauben, dass der organische Dunst hauptsächlich aus chemischen Nebenprodukten von Methan und Stickstoff besteht, die durch Reaktionen mit Licht entstehen. Klumpen die Partikel zu größeren, komplexen Strukturen zusammen, einer sogenannten fraktalen Größenverteilung, dann würden die kleinsten Partikel mit der kurzwelligen Strahlung wechselwirken, während die größeren Strukturen aus den kleineren Partikeln auf längere Wellenlängen wirken würden. Der Dunst hätte nicht nur die frühe Erde vor UV-Licht geschützt, er hätte auch die Ansammlung von Gasen wie Ammoniak ermöglicht, die eine Erwärmung des Treibhauses verursacht und möglicherweise dazu beigetragen haben, das Zufrieren des Planeten zu verhindern.
Andere Forscher, darunter Carl Sagan, haben mögliche Lösungen für dieses 'Early Faint Sun'-Paradoxon vorgeschlagen, bei dem im Allgemeinen Atmosphären mit starken Treibhausgasen beteiligt waren, die zur Isolierung der Erde hätten beitragen können. Aber während diese Gase die Strahlung blockiert hätten, hätten sie die Erde nicht genug erwärmt, damit sich Leben bilden könnte.
„Da Klimamodelle zeigen, dass die frühe Erde aufgrund ihres geringen Gehalts nicht allein durch atmosphärisches Kohlendioxid hätte erwärmt werden können, müssen andere Treibhausgase beteiligt gewesen sein“, sagte Wolf. 'Wir denken, dass die logischste Erklärung Methan ist, das möglicherweise von frühen Lebewesen, die es metabolisiert haben, in die Atmosphäre gepumpt wurde.'
Laborsimulationen halfen den Forschern zu dem Schluss zu kommen, dass der Erddunst wahrscheinlich aus unregelmäßigen „Ketten“ von Aggregatpartikeln mit größeren geometrischen Größen besteht, ähnlich der Form von Aerosolen, von denen angenommen wird, dass sie die dicke Atmosphäre von Titan bevölkern. Die Ankunft der Raumsonde Cassini am Saturn im Jahr 2004 hat es Wissenschaftlern ermöglicht, Titan zu untersuchen, den einzigen Mond im Sonnensystem mit sowohl einer dichten Atmosphäre als auch einer Flüssigkeit auf seiner Oberfläche.
Während der Archäischen Zeit gab es keine Ozonschicht in der Erdatmosphäre, um das Leben auf dem Planeten zu schützen, sagte Wolf. „Der UV-abschirmende Methannebel über der frühen Erde, den wir vorschlagen, hätte nicht nur die Erdoberfläche geschützt, sondern auch die darunter liegenden atmosphärischen Gase – einschließlich des starken Treibhausgases Ammoniak –, die eine bedeutende Rolle bei der Erhaltung der frühen Erde gespielt hätten warm.'
Die Forscher schätzten, dass in dieser Zeit in der Atmosphäre der frühen Erde jährlich etwa 100 Millionen Tonnen Dunst produziert wurden. „Wenn dies der Fall wäre, hätte eine frühe Erdatmosphäre buchstäblich organisches Material in die Ozeane getropft und Manna vom Himmel für das früheste Leben bereitgestellt, um sich selbst zu erhalten“, sagte Teammitglied Brian Toon, ebenfalls von CU-Boulder.
„Methan ist der Schlüssel zum Funktionieren dieses Klimamodells, daher besteht eines unserer Ziele jetzt darin, herauszufinden, wo und wie es entstanden ist“, sagte Toon. Wenn die frühesten Organismen der Erde das Methan nicht produzierten, könnte es durch die Freisetzung von Gasen während Vulkanausbrüchen entweder vor oder nach der Entstehung des Lebens entstanden sein – eine Hypothese, die weitere Untersuchungen erfordert.
Diese neue Studie wird wahrscheinlich das Interesse an einem umstrittenen Experiment der Wissenschaftler Stanley Miller und Harold Urey in den 1950er Jahren neu entfachen, bei dem Methan, Ammoniak, Stickstoff und Wasser in einem Reagenzglas kombiniert wurden. Nachdem Miller und Urey einen elektrischen Strom durch die Mischung geleitet hatten, um die Auswirkungen von Blitzen oder starker UV-Strahlung zu simulieren, entstand ein kleiner Pool von Aminosäuren – den Bausteinen des Lebens.
„Wir haben noch viel zu forschen, um unseren neuen Blick auf die frühe Erde zu verfeinern“, sagte Wolf. „Aber wir glauben, dass dieses Papier eine Reihe von Problemen löst, die mit dem Dunst über der frühen Erde verbunden sind und wahrscheinlich eine Rolle bei der Auslösung oder zumindest Unterstützung des frühesten Lebens auf dem Planeten gespielt haben.“
Quellen: CU-Boulder , Wissenschaft
