Die perfekte Dosis Kohlenstoff

  • 29. September 2017

Aufheiz­prozesse im solaren Urnebel sorgten für die optimale Zufuhr an Kohlen­stoff für die Ent­wicklung irdischen Lebens.

Das Element Kohlen­stoff und seine Verbin­dungen bilden die Grundlage für irdisches Leben. Kurz­zeitige Aufheiz­prozesse im solaren Urnebel vor der Entstehung der Planeten haben in unserem Sonnen­system dafür gesorgt, dass die Erde eine für das Leben und die Evolution wahr­scheinlich optimale Zufuhr an Kohlen­stoff erhielt. Das zeigt ein von von Hans-Peter Gail vom Zentrum für Astro­nomie und Mario Trieloff vom Klaus-Tschira-Labor für Kosmo­chemie am Institut für Geowissen­schaften ent­wickeltes Modell zur Kohlen­stoffchemie.

Abb.: Eine Scheibe des Allende-Meteoriten mit millimetergroßen Gesteinskügelchen. Diese Chondren sind durch intensive, kurzzeitige Aufheizprozesse im solaren Urnebel entstanden. Die Entstehung der Erde aus chondritischem Gesteinsmaterial im inneren Sonnensystem kann ihren relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt erklären. (Bild: U. Heidelberg)

Abb.: Eine Scheibe des Allende-Meteoriten mit millimetergroßen Gesteinskügelchen. Diese Chondren sind durch intensive, kurzzeitige Aufheizprozesse im solaren Urnebel entstanden. Die Entstehung der Erde aus chondritischem Gesteinsmaterial im inneren Sonnensystem kann ihren relativ niedrigen Kohlenstoffgehalt erklären. (Bild: U. Heidelberg)

„Kohlen­stoff ist auf der Erde ein eher selten vor­kommendes Element. Zwar ist der Stoff nahe der Erdober­fläche in ange­reicherter Form vorhanden, bezogen auf den gesamten Stoff­bestand der Erde beträgt sein Anteil allerdings nur etwa ein halbes Promille. In primitiven Kometen dagegen kann der Kohlen­stoff­anteil zehn Prozent und mehr ausmachen“, erläutert Trieloff. Wie der Geo­chemiker weiter ausführt, stammen Kometen aus den kühlen Bereichen des äußeren Sonnen­systems, wo flüchtiges Wasser und Kohlenstoff­verbindungen zu Eis konden­sierten. Forscher gehen mittler­weile davon aus, dass die junge Erde diese flüch­tigen Elemente durch Einschläge von Asteroiden und Kometen nach ihrer Entstehung erhalten hat.

Dennoch ist es ein Rätsel, warum die Kohlen­stoff­menge auf der Erde so gering ist. „Ein beträcht­licher Anteil des Kohlen­stoffs in Asteroiden und Kometen liegt in lang­kettigen und ver­zweigten Molekülen vor, die sich erst bei sehr hohen Tempera­turen ver­flüchtigen. Modelliert man mit Standard­modellen die Reaktionen von Kohlen­stoff im solaren Urnebel, aus dem die Sonne und die Planeten ent­standen, so müssten die Erde und auch andere terres­trische Planeten bis zu einhundert­mal mehr Kohlen­stoff haben“, betont Gail.

Die Heidel­berger Wissen­schaftler gehen davon aus, dass kurz­zeitige Aufheiz­ereignisse für den Verlust von Kohlenstoff verantwortlich waren. Sie vermuten, dass in den inneren Bereichen unseres Sonnen­systems die gesamte Materie teilweise mehrfach auf Tempera­turen zwischen 1300 und 1800 Grad Celsius aufge­heizt wurde, bevor sich Klein­planeten und schließlich die terres­trischen Planeten und die Erde bildeten. Einen Beleg dafür sehen die Forscher in Chondren, die in Meteo­riten einge­lagert sind und bei denen es sich um Aufschmelz­produkte dieser Ereig­nisse handelt. „Nur die Berück­sichtigung solcher Temperatur­spitzen, wie sie aus Chondren-Entstehungs­modellen abge­leitet werden, kann die heutige geringe Kohlenstoff­menge der inneren Planeten erklären. Dieser Prozess wurde in den bisherigen Modellen nicht berück­sichtigt, ihm verdanken wir aber offen­sichtlich die richtige Menge an Kohlen­stoff, die die Evolution der Bio­sphäre auf der Erde in der uns bekannten Weise ermög­lichte“, so Gail.

Eine „Überdosis“ an Kohlen­stoff wäre wahr­scheinlich schädlich für die Evolution des Lebens gewesen, vermuten die Wissen­schaftler. In seiner oxi­dierten Form bildet Kohlen­stoff das Treib­hausgas CO2. Dieses wird auf der Erde aus der Atmo­sphäre entfernt, insbe­sondere durch den Silikat-Karbonat-Zyklus, der wie ein Thermo­stat wirkt. „Ob ein­hundertmal mehr Kohlen­stoff noch ein effek­tives Entfernen des Treibhausg­ases erlauben würde, scheint zumindest fraglich. Der Kohlen­stoff könnte dann wohl nicht mehr in Karbo­naten, den heutigen CO2-Haupt­speichern der Erde, unter­gebracht werden, sondern würde als CO2 in der Atmo­sphäre einen so starken und irrever­siblen Treibhaus­effekt verur­sachen, dass die Ozeane verdampfen und verloren gehen würden“, sagt Mario Trieloff.

U. Heidelberg / JOL

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