Modelle der Sonnenentwicklung zeigen, dass sie in der Frühgeschichte der Erde bis zu 30 Prozent weniger leuchtete als heute. Eine neue Studie und ein Blick auf den Saturnmond 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 einigen Milliarden Jahren die frühe Erde umhüllte, dem Dunst, der Titan bedeckt, ähnlich gewesen sein könnte und das auf dem Planeten entstehende Leben vor den schädlichen Auswirkungen ultravioletter 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. Wenn die Partikel in größeren, komplexen Strukturen zusammenklumpen würden, eine Anordnung, die als fraktale Größenverteilung bekannt ist, würden die kleinsten Partikel mit der kurzwelligen Strahlung interagieren, während die größeren Strukturen aus den kleineren Partikeln längere Wellenlängen beeinflussen würden. Der Dunst hätte nicht nur die frühe Erde vor UV-Licht geschützt, sondern auch die Bildung von Gasen wie Ammoniak ermöglicht, was zu einer Erwärmung des Gewächshauses geführt und möglicherweise dazu beigetragen hätte, dass der Planet nicht gefriert.
Andere Forscher, darunter Carl Sagan, haben mögliche Lösungen für dieses Paradoxon der „frühen schwachen Sonne“ vorgeschlagen, bei dem es im Allgemeinen um Atmosphären mit starken Treibhausgasen ging, die zur Isolierung der Erde hätten beitragen können. Aber während diese Gase die Strahlung blockiert hätten, hätte sie die Erde nicht genug erwärmt, damit sich Leben bilden könnte.
"Da Klimamodelle zeigen, dass die frühe Erde aufgrund ihrer geringen Werte nicht allein durch atmosphärisches Kohlendioxid erwärmt werden konnte, müssen andere Treibhausgase beteiligt gewesen sein", sagte Wolf. "Wir denken, die logischste Erklärung ist Methan, das möglicherweise durch das frühe Leben, das es metabolisierte, in die Atmosphäre gepumpt wurde."
Laborsimulationen halfen den Forschern zu dem Schluss, dass der Erddunst wahrscheinlich aus unregelmäßigen „Ketten“ von Aggregatpartikeln mit größeren geometrischen Größen bestand, ähnlich der Form von Aerosolen, von denen angenommen wird, dass sie die dicke Atmosphäre von Titan bevölkern. Die Ankunft des Cassini-Raumfahrzeugs am Saturn im Jahr 2004 hat es Wissenschaftlern ermöglicht, Titan zu untersuchen, den einzigen Mond im Sonnensystem mit einer dichten Atmosphäre und Flüssigkeit auf seiner Oberfläche.
Während der Archäerzeit gab es keine Ozonschicht in der Erdatmosphäre, um das Leben auf dem Planeten zu schützen, sagte Wolf. „Wir schlagen vor, dass der UV-abschirmende Methandunst über der frühen Erde nicht nur die Erdoberfläche geschützt hätte, sondern auch die darunter liegenden atmosphärischen Gase - einschließlich des starken Treibhausgases Ammoniak -, die eine wichtige 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 erzeugt wurden. "Wenn dies der Fall wäre, hätte eine frühe Erdatmosphäre buchstäblich organisches Material in die Ozeane getropft und Manna vom Himmel bereitgestellt, damit sich das früheste Leben selbst erhalten kann", sagte Teammitglied Brian Toon, ebenfalls von CU-Boulder.
"Methan ist der Schlüssel, um dieses Klimamodell zum Laufen zu bringen. Eines unserer Ziele ist es nun, herauszufinden, wo und wie es entstanden ist", sagte Toon. Wenn die frühesten Organismen der Erde das Methan nicht produziert haben, könnte es durch die Freisetzung von Gasen während Vulkanausbrüchen entweder vor oder nach dem ersten Auftreten des Lebens erzeugt worden sein - eine Hypothese, die weiterer Untersuchungen bedarf.
Diese neue Studie wird wahrscheinlich das Interesse an einem kontroversen Experiment der Wissenschaftler Stanley Miller und Harold Urey in den 1950er Jahren wieder wecken, 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 - die Bausteine des Lebens.
"Wir haben noch viel zu erforschen, um unsere neue Sicht auf die frühe Erde zu verfeinern", sagte Wolf. "Wir glauben jedoch, dass dieses Papier eine Reihe von Problemen löst, die mit dem Dunst verbunden sind, der über der frühen Erde bestand und wahrscheinlich eine Rolle bei der Auslösung oder zumindest Unterstützung des frühesten Lebens auf dem Planeten gespielt hat."
Quellen: CU-Boulder, Wissenschaft
