Das Allen Telescope Array in Nordkalifornien ist für astronomische Beobachtungen und die gleichzeitige Suche nach außerirdischer Intelligenz (SETI) bestimmt.(Bildnachweis: Seth Shostak/SETI Institute)
Außerirdisches Leben, das in der Lage ist, über den interstellaren Raum hinweg zu kommunizieren, kann sich möglicherweise nicht entwickeln, wenn sein Heimatplanet nicht über Plattentektonik verfügt, ganz zu schweigen von der richtigen Menge an Wasser und trockenem Land.
Plattentektonik ist für die Entwicklung von komplexem Leben absolut notwendig, argumentieren Robert Stern von der University of Texas in Dallas und Taras Gerya von der ETH Zürich in der Schweiz. Auf der Erde entstand komplexes, vielzelliges Leben während der Kambrischen Explosion, die vor 539 Millionen Jahren stattfand.
„Wir glauben, dass das Einsetzen der modernen Plattentektonik die Entwicklung von komplexem Leben stark beschleunigt hat und eine der Hauptursachen für die kambrische Explosion war“, so Gerya gegenüber kosmischeweiten.de.
Plattentektonik beschreibt den Prozess, bei dem Kontinentalplatten, die auf einem geschmolzenen Mantel aufliegen, übereinander gleiten, was zu Subduktionszonen und Gebirgen, Grabenbrüchen und Vulkanen sowie zu Erdbeben führt.
Die heutige Form der Plattentektonik, so Stern und Gerya, begann erst vor einer Milliarde bis einer halben Milliarde Jahren, in einer geologischen Ära, die als Neoproterozoikum bekannt ist. Davor gab es auf der Erde die so genannte stagnierende Plattentektonik: Die Erdkruste, die so genannte Lithosphäre, bestand aus einem einzigen Stück und war nicht in verschiedene Platten aufgeteilt. Der Übergang zur heutigen Plattentektonik erfolgte erst, als die Lithosphäre so weit abgekühlt war, dass sie so dicht und fest wurde, dass sie subduziert werden konnte – d. h., sie wurde für einen längeren Zeitraum unter andere Teile der Lithosphäre geschoben, bevor sie wieder an die Oberfläche kam, wo sich zwei tektonische Platten auseinander bewegten.
Die Umweltbelastungen, die die heutige Plattentektonik auf die Biosphäre ausübt, könnten vor etwas mehr als einer halben Milliarde Jahren den Anstoß für die Entwicklung komplexen Lebens gegeben haben, als sich das Leben plötzlich in einer Umgebung wiederfand, in der es sich anpassen oder sterben musste, was einen evolutionären Druck erzeugte, der die Entwicklung aller Arten von Leben vorantrieb, die in den Ozeanen und auf dem mit den Kontinentalplatten verbundenen trockenen Land existierten. Angesichts dieses Anstoßes entwickelte sich das Leben schließlich – ohne einen anderen Plan oder evolutionären Imperativ als die natürliche Auslese – zu uns, so die Idee.
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„Die dauerhafte Koexistenz von Ozeanen und trockenem Land scheint entscheidend für die Entstehung von intelligentem Leben und technologischen Zivilisationen als Ergebnis der biologischen Evolution zu sein“, so Gerya. „Aber Kontinente und Ozeane allein reichen nicht aus, denn die Evolution des Lebens ist sehr langsam. Um sie zu beschleunigen, ist Plattentektonik erforderlich.“
Allerdings gibt es ein Problem. Die Erde ist der einzige Planet im Sonnensystem, auf dem es Plattentektonik gibt. Darüber hinaus deuten Modelle darauf hin, dass Plattentektonik selten sein könnte, insbesondere auf einer Klasse von Exoplaneten, die als Supererden bekannt sind und auf denen die stagnierende Deckelkonfiguration vorherrschen könnte.
Die Notwendigkeit der Plattentektonik ist mit der Notwendigkeit von Ozeanen und Kontinenten verbunden. Modelle der Planetenentstehung deuten darauf hin, dass Planeten, die vollständig mit Ozeanen bedeckt sind, die Dutzende von Kilometern tief sind, ebenso vorkommen könnten wie Wüstenwelten ohne jegliches Wasser. Die Erde mit ihrer relativ dünnen Schicht aus Ozeanwasser und einer Topografie, die es den Kontinenten erlaubt, sich über die Ozeane zu erheben, scheint einen „Sweet Spot“ zu besetzen, der sorgfältig zwischen den beiden Extremen von Planeten mit tiefen Ozeanen und trockenen Wüstenwelten ausgewogen ist.
Das Vorhandensein von Ozeanen ist entscheidend, denn es wird stark vermutet, dass das Leben auf der Erde im Meer begann. Land ist ebenfalls von entscheidender Bedeutung, nicht nur für die Bereitstellung von Nährstoffen durch Verwitterung und die Erleichterung des Kohlenstoffkreislaufs, sondern auch für die Ermöglichung der Verbrennung (in Verbindung mit Sauerstoff), die zu Technologie führen kann, wenn sie von intelligentem Leben genutzt wird.
Wenn Planeten mit Plattentektonik sowie der richtigen Menge an Wasser und Land selten sind, dann könnte auch technologisches, kommunikatives, außerirdisches Leben selten sein.
„Wir haben versucht zu erklären, warum wir nicht kontaktiert worden sind“, sagt Gerya.
Um dies zu veranschaulichen, verwendeten Gerya und Stern die Drake-Gleichung. Sie wurde 1961 von dem verstorbenen SETI-Pionier Frank Drake entwickelt und sollte eine Agenda für die allererste SETI-Wissenschaftskonferenz (Suche nach außerirdischer Intelligenz) liefern, die in jenem Jahr im Green Bank Observatory in West Virginia stattfand, indem sie die verschiedenen Faktoren zusammenfasste, die für die Entwicklung technologischer Zivilisationen erforderlich sind, was zu einer Schätzung der Anzahl möglicher außerirdischer Zivilisationen führte. Es sei jedoch darauf hingewiesen, dass die Drake-Gleichung eher ein Gedankenexperiment ist, um aufzuzeigen, was wir über die Entwicklung von technologischem Leben wissen und was nicht, und kein absoluter Richtwert für die Anzahl der Zivilisationen da draußen.
„Frühere Schätzungen für die untere Grenze der Anzahl von Zivilisationen in unserer Galaxie waren ziemlich hoch“, sagte Gerya.
Einer der Terme der Drake-Gleichung ist fi, der Anteil der Exoplaneten, die intelligentes Leben entwickeln (wie wir „Intelligenz“ in diesem Zusammenhang definieren, ist immer noch umstritten, aber die moderne Denkweise schließt alle intelligenten Tiere, wie Schimpansen und Delfine, ein). Stern und Gerya argumentieren, dass fi das Produkt zweier weiterer Terme sein sollte, nämlich des Anteils der Planeten mit Kontinenten und Ozeanen (foc) und des Anteils der Planeten mit lang anhaltender Plattentektonik (fpt).
Angesichts der offensichtlichen Seltenheit von Plattentektonik und Welten, die Ozeane und Kontinente haben können, stellen Stern und Gerya jedoch fest, dass fi eine sehr kleine Zahl ist. Sie schätzen, dass nur 17 % der Exoplaneten Plattentektonik aufweisen, und der Anteil der Welten mit genau der richtigen Menge an Wasser und Land ist wahrscheinlich noch geringer – zwischen 0,02 % und 1 %. Multipliziert man diese Zahlen miteinander, ergibt sich ein Wert von fi zwischen 0,003 % und 0,2 %.
Setzt man diesen Wert in die Drake-Gleichung ein, kommen Stern und Gerya auf einen Wert für die Anzahl außerirdischer Zivilisationen zwischen 0,0004 und 20.000. Das ist immer noch eine recht große Spanne, die darauf zurückzuführen ist, dass die anderen Terme in der Drake-Gleichung nicht gut oder gar nicht bekannt sind. Es ist jedoch immer noch um Größenordnungen weniger als der Wert von einer Million Zivilisationen, den Drake in den 1960er Jahren voraussagte.
„Ein Wert von 0,0004 bedeutet, dass es bis zu 4 Zivilisationen pro 10.000 Galaxien geben könnte“, so Taras.
Es gibt bei all dem mehrere Vorbehalte. Einer davon ist, wie bereits erwähnt, dass einige der anderen Terme der Drake-Gleichung, wie der Anteil der Planeten, auf denen sich überhaupt Leben entwickelt, der Anteil mit intelligentem Leben, das Technologie entwickelt, und die Lebensdauer dieser Zivilisationen völlig unbekannt sind. Wenn sich deren Werte als extrem hoch erweisen – zum Beispiel, wenn Zivilisationen typischerweise Milliarden von Jahren überleben -, dann steigt die Wahrscheinlichkeit, dass es jetzt mehr von ihnen gibt.
Ein weiterer Vorbehalt ist, dass das Leben, wie wir es kennen, zwar im Allgemeinen Plattentektonik, Ozeane und Land braucht, um sich zu entwickeln und zu gedeihen, dass aber auch Szenarien denkbar sind, in denen sich technologisches, im Ozean lebendes Leben entwickeln könnte, das nie einen Fuß auf Land setzt. Dies wären jedoch Sonderfälle, Ausreißer, die die Ausnahme von der Regel darstellen.
Es besteht auch die Gefahr, dass die Behauptung, wir seien noch nicht kontaktiert worden, voreilig ist. Die SETI-Astronomin Jill Tarter sagt gerne, dass wir, wenn die Galaxie ein Ozean wäre, nur den Wert einer Tasse davon abgesucht hätten. Zwar hat sich die Suche dank des ehrgeizigen Projekts Breakthrough Listen in letzter Zeit beschleunigt, doch die Aussage bleibt bestehen. Wir haben noch nicht jeden Stern abgesucht, und die, die wir abgesucht haben, haben wir nicht lange belauscht oder beobachtet. Wir könnten leicht ein außerirdisches Signal übersehen haben.
Ein letzter Punkt, der zu berücksichtigen ist, ist der „Große Filter“. Dieses Konzept wurde erstmals von dem Ökonomen und Zukunftsforscher Robin Hanson vorgeschlagen, der davon ausgeht, dass es in der Evolution allen Lebens einen universellen Engpass geben könnte, der die Existenz technologischer Zivilisationen verhindert. In Sterns und Geryas Modell wird dieser Engpass durch das Fehlen von Plattentektonik, Ozeanen und Kontinenten verursacht. Auch wenn die von ihnen geschätzte Zahl der Zivilisationen niedrig ist, so ist sie doch nicht gleich Null, und es gibt eine Denkschule, die sich auf das kopernikanische Prinzip beruft, das besagt, dass die Erde nicht als etwas Besonderes behandelt werden sollte, sondern nur ein weiterer Planet ist, der einen unbedeutenden Stern umkreist. Wenn sich also Leben auf der Erde entwickeln kann, sollte es auch auf vielen anderen Planeten möglich sein, denn die Erde sollte nichts Besonderes sein. Dann stellt sich die Frage, an welchem Punkt der Große Filter einsetzt.
Vielleicht haben Stern und Gerya voreilig erklärt, dass Planeten mit Plattentektonik und genau der richtigen Menge an Wasser und Land selten sind, bevor wir die Beobachtungsdaten haben, die diese Aussage stützen.
„Natürlich wäre es ideal, Beobachtungsdaten darüber zu haben, wie häufig Kontinente, Ozeane und Plattentektonik auf Exoplaneten vorkommen“, sagte Gerya. „Leider übersteigt dies bei weitem unsere derzeitigen Beobachtungskapazitäten. Andererseits ist der Prozess der Planetenentstehung bis zu einem gewissen Grad verstanden, und Modelle zur Planetenentstehung sind in der Lage, Vorhersagen darüber zu machen, was wir erwarten können. Diese Vorhersagen können genutzt werden, um die Wahrscheinlichkeit zu bewerten, dass felsige Exoplaneten Kontinente, Ozeane und Plattentektonik haben.“
Wenn Stern und Gerya Recht haben, dann könnten wir tatsächlich allein im Universum sein. Wenn das der Fall ist, haben wir eine enorme Verantwortung zu tragen. „Wir sollten alles in unserer Macht Stehende tun, um unsere eigene – sehr seltene! – Zivilisation zu erhalten“, sagt Gerya. Andernfalls könnten wir uns selbst ausrotten und das einzige technologische Leben in unserer Milchstraßengalaxie auslöschen.
Die Analyse von Stern und Gerya wurde am 12. April in der Zeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.
