"Zu den großen offenen Fragen in der Erdgeschichte zählt die, was die frühen Lebewesen vor dem harten UV-Licht geschützt hat, denn eine Ozonschicht gab es ja noch nicht. Eine andere dieser großen Fragen ist, was die frühe Erde eigentlich warm hielt. Denn es gab flüssiges Wasser, sie war mindestens so warm wie heute, vielleicht sogar wärmer, und das, obwohl die Sonne schwächer war als heute."
Und zwar soll die junge Sonne um etwa ein Drittel schwächer gewesen sein, erklärt Brian Toone von der University of Colorado in Boulder. Zusammen mit seinem Forscherkollegen Eric Wolf ging er der Frage nach, was vor Jahrmilliarden verhinderte, dass die Erde als gefrorener Schneeball durchs All zog:
"1972 hatte der berühmte Astronom Carl Sagan die Idee, dass in einer frühen, methanreichen Atmosphäre eine Prise Ammoniak die Erde wärmte. Ammoniak ist ein starkes Treibhausgas. Aber dann stellte sich heraus, dass das UV-Licht der Sonne das Gas schnell abgebaut hätte."
Mitte der 1990er Jahre-überlegte man, dass nach Vorbild des Saturnmonds Titan ein Schleier aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen die junge Erde eingehüllt haben könnte. Diese kohlenstoffhaltigen Substanzen sollten aus winzigen Kugeln bestehen, die das UV-Licht blockieren, damit das Ammoniak überlebte:
"Dann zeigten Modellrechnungen, dass ein solcher Schleier die Erde noch weiter abgekühlt hätte, so dass der Planet niemals warm gewesen wäre."
Allerdings schleuste der starke Vulkanismus der jungen Erde viel Kohlendioxid in die Atmosphäre, und das kurbelte den Treibhauseffekt an. Inzwischen setzen geochemische Untersuchungen der ältesten Gesteine dem Kohlendioxid-Gehalt jedoch so enge Grenzen, dass sein Treibhauseffekt allein nicht reicht. In dieser Situation könnte Methan helfen - Methan, das von Mikroorganismen produziert worden ist. Dann laufen in der Atmosphäre interessante chemische Reaktionen, erklärt Eric Wolf. Das Sonnenlicht zerbricht sehr hoch oben in der Atmosphäre Methan- und Stickstoffmoleküle, die anschließend erneut miteinander reagieren:
"Dabei entstehen durch photochemische Reaktionen organische Kügelchen, die herabsinken."
Dabei sollten sich diese winzigen organischen Kugeln zu Ketten und unregelmäßigen Strukturen aus Kohlenwasserstoffen zusammenschließen:
"Da kommt unsere Arbeit ins Spiel, unser Vergleich mit Titan. Denn diese lockeren Aggregate aus organischen Teilchen lassen das sichtbare Licht durch, schirmen jedoch das kurzwellige UV-Licht gut ab. So entsteht ein Schutzschirm, unter dem das Treibhausgas Ammoniak erhalten bleibt - und zwar genug, um die Erde warm zu halten - trotz der schwachen jungen Sonne."
Das Ganze funktionierte aber erst, nachdem es Organismen gab, die Methan produzierten. Nach derzeitigem Wissensstand fehlte davor die Methanquelle und damit der UV-Schirm sowohl für das Ammoniak als auch für das entstehende Leben. Dieser Schild hätte zwar nicht den "Urknall" des Lebens schützen können, wohl aber später die Evolution zu immer komplexeren Lebensformen, so Eric Wolf.
Jim Kasting von der Pennsylvania State University gehört zu den Wissenschaftlern, die die bisherige Theorie mit dem Kohlendioxidtreibhaus entwickelt haben. Er hat sich die Forschungsarbeit seiner Kollegen aus Boulder angeschaut - und hält sie für brillant:
"Diese Idee eröffnet eine Menge neuer Möglichkeiten, denn diese Teilchen verhalten sich vollkommen anders, als wir es in unseren Modellen angenommen haben."
Es sei ein sehr guter neuer Ansatz, mit dem sich weiterarbeiten lasse, um hinter das Geheimnis der frühen Erdatmosphäre zu kommen.
Und zwar soll die junge Sonne um etwa ein Drittel schwächer gewesen sein, erklärt Brian Toone von der University of Colorado in Boulder. Zusammen mit seinem Forscherkollegen Eric Wolf ging er der Frage nach, was vor Jahrmilliarden verhinderte, dass die Erde als gefrorener Schneeball durchs All zog:
"1972 hatte der berühmte Astronom Carl Sagan die Idee, dass in einer frühen, methanreichen Atmosphäre eine Prise Ammoniak die Erde wärmte. Ammoniak ist ein starkes Treibhausgas. Aber dann stellte sich heraus, dass das UV-Licht der Sonne das Gas schnell abgebaut hätte."
Mitte der 1990er Jahre-überlegte man, dass nach Vorbild des Saturnmonds Titan ein Schleier aus kohlenstoffhaltigen Verbindungen die junge Erde eingehüllt haben könnte. Diese kohlenstoffhaltigen Substanzen sollten aus winzigen Kugeln bestehen, die das UV-Licht blockieren, damit das Ammoniak überlebte:
"Dann zeigten Modellrechnungen, dass ein solcher Schleier die Erde noch weiter abgekühlt hätte, so dass der Planet niemals warm gewesen wäre."
Allerdings schleuste der starke Vulkanismus der jungen Erde viel Kohlendioxid in die Atmosphäre, und das kurbelte den Treibhauseffekt an. Inzwischen setzen geochemische Untersuchungen der ältesten Gesteine dem Kohlendioxid-Gehalt jedoch so enge Grenzen, dass sein Treibhauseffekt allein nicht reicht. In dieser Situation könnte Methan helfen - Methan, das von Mikroorganismen produziert worden ist. Dann laufen in der Atmosphäre interessante chemische Reaktionen, erklärt Eric Wolf. Das Sonnenlicht zerbricht sehr hoch oben in der Atmosphäre Methan- und Stickstoffmoleküle, die anschließend erneut miteinander reagieren:
"Dabei entstehen durch photochemische Reaktionen organische Kügelchen, die herabsinken."
Dabei sollten sich diese winzigen organischen Kugeln zu Ketten und unregelmäßigen Strukturen aus Kohlenwasserstoffen zusammenschließen:
"Da kommt unsere Arbeit ins Spiel, unser Vergleich mit Titan. Denn diese lockeren Aggregate aus organischen Teilchen lassen das sichtbare Licht durch, schirmen jedoch das kurzwellige UV-Licht gut ab. So entsteht ein Schutzschirm, unter dem das Treibhausgas Ammoniak erhalten bleibt - und zwar genug, um die Erde warm zu halten - trotz der schwachen jungen Sonne."
Das Ganze funktionierte aber erst, nachdem es Organismen gab, die Methan produzierten. Nach derzeitigem Wissensstand fehlte davor die Methanquelle und damit der UV-Schirm sowohl für das Ammoniak als auch für das entstehende Leben. Dieser Schild hätte zwar nicht den "Urknall" des Lebens schützen können, wohl aber später die Evolution zu immer komplexeren Lebensformen, so Eric Wolf.
Jim Kasting von der Pennsylvania State University gehört zu den Wissenschaftlern, die die bisherige Theorie mit dem Kohlendioxidtreibhaus entwickelt haben. Er hat sich die Forschungsarbeit seiner Kollegen aus Boulder angeschaut - und hält sie für brillant:
"Diese Idee eröffnet eine Menge neuer Möglichkeiten, denn diese Teilchen verhalten sich vollkommen anders, als wir es in unseren Modellen angenommen haben."
Es sei ein sehr guter neuer Ansatz, mit dem sich weiterarbeiten lasse, um hinter das Geheimnis der frühen Erdatmosphäre zu kommen.