Nach der Nebelhypothese haben sich Sonne und Planeten vor 4,6 Milliarden Jahren aus einer riesigen Staub- und Gaswolke gebildet. Dies begann damit, dass sich die Sonne in der Mitte bildete und das verbleibende Material eine protoplanetare Scheibe bildete, aus der sich die Planeten bildeten. Während die Planeten im äußeren Sonnensystem größtenteils aus Gasen (d. H. Den Gasriesen) bestanden, bildeten sich diejenigen, die näher an der Sonne lagen, aus Silikatmineralien und Metallen (d. H. Den terrestrischen Planeten).
Trotz einer ziemlich guten Vorstellung davon, wie dies alles zustande kam, ist die Frage, wie sich die Planeten des Sonnensystems im Laufe von Milliarden von Jahren genau gebildet und entwickelt haben, immer noch umstritten. In einer neuen Studie untersuchten zwei Forscher der Universität Heidelberg die Rolle von Kohlenstoff sowohl bei der Entstehung der Erde als auch bei der Entstehung und Entwicklung des Lebens.
Ihre Studie „Räumliche Verteilung von Kohlenstoffstaub im frühen Solarnebel und Kohlenstoffgehalt von Planetesimalen“ wurde kürzlich in der Zeitschrift veröffentlicht Astronomie und Astrophysik. Die Studie wurde von Hans-Peter Gail vom Institut für Theoretische Astrophysik der Universität Heidelberg und Mario Trieloff vom Heidelberger Institut für Geowissenschaften und dem Klaus-Tschira-Labor für Kosmochemie durchgeführt.
Für ihre Studie überlegten die beiden, welche Rolle das Element Kohlenstoff - das für das Leben hier auf der Erde wesentlich ist - bei der Planetenbildung spielt. Im Wesentlichen sind Wissenschaftler der Meinung, dass in den frühesten Tagen des Sonnensystems - als es noch eine riesige Staub- und Gaswolke war - kohlenstoffreiche Materialien vom äußeren Sonnensystem an das innere Sonnensystem verteilt wurden.
Jenseits der „Frostlinie“ - wo flüchtige Stoffe wie Wasser, Ammoniak und Methan zu Eiskörpern kondensieren können - bilden sich gefrorene Kohlenstoffverbindungen. Ähnlich wie Wasser im gesamten Sonnensystem verteilt wurde, wurden diese Körper angeblich aus ihren Umlaufbahnen geworfen und in Richtung Sonne geschickt, um flüchtige Materialien an die Planetesimalen zu verteilen, die schließlich zu terrestrischen Planeten werden würden.
Vergleicht man jedoch die Arten von Meteoren, die Urmaterial auf der Erde verteilt haben - auch bekannt als. Chondrit-Meteoriten - man bemerkt eine gewisse Diskrepanz. Grundsätzlich ist Kohlenstoff auf der Erde im Vergleich zu diesen alten Gesteinen vergleichsweise selten, deren Grund ein Rätsel geblieben ist. Wie Prof. Trieloff, Mitverfasser der Studie, in einer Pressemitteilung der Universität Heidelberg erklärte:
„Kohlenstoff ist auf der Erde ein relativ seltenes Element. Es ist nahe der Erdoberfläche angereichert, aber als Bruchteil der gesamten Materie auf der Erde ist es nur die Hälfte von 1/1000. In primitiven Kometen kann der Kohlenstoffanteil jedoch zehn Prozent oder mehr betragen. “
"Ein wesentlicher Teil des Kohlenstoffs in Asteroiden und Kometen besteht aus langkettigen und verzweigten Molekülen, die nur bei sehr hohen Temperaturen verdampfen", fügte Dr. Grail, der Hauptautor der Studie, hinzu. "Basierend auf den Standardmodellen, die Kohlenstoffreaktionen im Solarnebel simulieren, aus dem Sonne und Planeten stammen, sollten die Erde und die anderen terrestrischen Planeten bis zu 100-mal mehr Kohlenstoff enthalten."
Um dies zu beheben, konstruierten die beiden Untersuchungen ein Modell, das davon ausging, dass kurzzeitige Blitzheizereignisse - bei denen die Sonne die protoplanetare Scheibe erhitzte - für diese Diskrepanz verantwortlich waren. Sie nahmen auch an, dass alle Materie im inneren Sonnensystem auf Temperaturen zwischen 1.300 und 1.800 ° C (2372 bis 3272 ° F) erhitzt wurde, bevor sich schließlich kleine Planetesimale und terrestrische Planeten bildeten.
Dr. Grail und Trieloff glauben, dass der Beweis dafür in den runden Körnern in Meteoriten liegt, die sich aus geschmolzenen Tröpfchen bilden - bekannt als Chondren. Im Gegensatz zu Chondrit-Meteoriten, die zu wenigen Prozent aus Kohlenstoff bestehen können, sind Chondren dieses Elements weitgehend entleert. Sie behaupten, dies sei das Ergebnis derselben Blitzerwärmungsereignisse gewesen, die stattfanden, bevor sich die Chondren zu Meteoriten ansammeln konnten. Wie Dr. Gail anzeigte:
„Nur die aus den Chondrenbildungsmodellen abgeleiteten Temperaturspitzen können die heutige geringe Kohlenstoffmenge auf den inneren Planeten erklären. Frühere Modelle haben diesen Prozess nicht berücksichtigt, aber wir müssen uns anscheinend für die richtige Menge an Kohlenstoff bedanken, die die Entwicklung der Biosphäre der Erde, wie wir sie kennen, ermöglicht hat. “
Kurz gesagt, die Diskrepanz zwischen der Menge an Kohlenstoff in chondritischem Gesteinsmaterial und der auf der Erde gefundenen kann durch intensive Erwärmung im ursprünglichen Sonnensystem erklärt werden. Als sich die Erde aus chrondritischem Material bildete, führte die extreme Hitze dazu, dass ihr natürlicher Kohlenstoff entzogen wurde. Diese Studie beleuchtet nicht nur das, was in der Astronomie ein Rätsel war, sondern bietet auch neue Einblicke in die Anfänge des Lebens im Sonnensystem.
Grundsätzlich spekulieren die Forscher, dass die Blitzheizungsereignisse im inneren Sonnensystem für das Leben hier auf der Erde notwendig gewesen sein könnten. Wäre zu viel Kohlenstoff in dem Urmaterial enthalten, das auf unserem Planeten verschmolzen ist, hätte das Ergebnis eine „Überdosis Kohlenstoff“ sein können. Dies liegt daran, dass Kohlenstoff bei der Oxidation Kohlendioxid bildet, ein wichtiges Treibhausgas, das zu einem außer Kontrolle geratenen Erwärmungseffekt führen kann.
Dies ist, was Planetenwissenschaftler glauben, mit der Venus passiert ist, wo das Vorhandensein von reichlich vorhandenem CO2 - kombiniert mit seiner erhöhten Exposition gegenüber Sonnenstrahlung - zu der höllischen Umgebung führte, die es heute gibt. Auf der Erde wurde CO2 jedoch durch den Silikat-Carbonat-Kreislauf aus der Atmosphäre entfernt, wodurch die Erde eine ausgewogene und lebenserhaltende Umwelt erreichen konnte.
"Ob 100-mal mehr Kohlenstoff eine effektive Entfernung des Treibhausgases ermöglichen würde, ist zumindest fraglich", sagte Dr. Trieloff. „Der Kohlenstoff konnte nicht mehr in Karbonaten gespeichert werden, in denen heute der größte Teil des CO2 der Erde gespeichert ist. So viel CO2 in der Atmosphäre würde einen so starken und irreversiblen Treibhauseffekt verursachen, dass die Ozeane verdampfen und verschwinden würden. “
Es ist eine bekannte Tatsache, dass das Leben hier auf der Erde auf Kohlenstoff basiert. Es ist jedoch sicherlich interessant zu wissen, dass die Bedingungen während des frühen Sonnensystems eine Überdosis Kohlenstoff verhinderten, die die Erde in eine zweite Venus hätte verwandeln können. Während Kohlenstoff für das Leben, wie wir es kennen, lebenswichtig sein kann, kann zu viel den Tod bedeuten. Diese Studie könnte auch nützlich sein, wenn es um die Suche nach Leben in außersolaren Systemen geht.
Bei der Untersuchung entfernter Sterne konnten Astronomen fragen: "Waren die ursprünglichen Bedingungen im inneren System heiß genug, um eine Überdosis Kohlenstoff zu verhindern?" Die Antwort auf diese Frage könnte der Unterschied sein, ob man eine Erde 2.0 oder eine andere Venus-ähnliche Welt findet!
