Die Erde ist ein Ozeanplanet, wie dieses Bild des NASA-Satelliten Terra zeigt.(Bildnachweis: NASA-Bild von Robert Simmon und Marit Jentoft-Nilsen, basierend auf MODIS-Daten)
Kosmischer Staub könnte dazu beigetragen haben, das Leben auf der Erde in Gang zu setzen, so neue Forschungsergebnisse. Die Ergebnisse stellen eine weit verbreitete Annahme in Frage, dass dies keine plausible Erklärung sei.
Der Ursprung des Lebens auf der Erde ist lange Zeit ein Rätsel geblieben. Viele Theorien gehen davon aus, dass das Leben aus der „präbiotischen Chemie“ entstanden ist, in der sich organische Verbindungen bildeten und sich immer wieder selbst organisierten, bis das Leben, wie wir es kennen, entstand.
Wissenschaftler haben jedoch festgestellt, dass die Gesteine, aus denen die Erdoberfläche besteht, einen relativen Mangel an reaktiven und löslichen Formen der für diesen präbiotischen Prozess erforderlichen Elemente wie Phosphor, Schwefel, Stickstoff und Kohlenstoff aufweisen.
Tatsächlich befindet sich das Leben auf der Erde in einem „erbitterten Wettbewerb“ um die begrenzten Reserven dieser Elemente, schreiben die Wissenschaftler in einem Artikel, der Anfang dieses Jahres in der Zeitschrift Nature Astronomy veröffentlicht wurde.
Wie konnte sich also Leben unter solchen Bedingungen entwickeln?
Die vorherrschende Theorie besagt, dass die für das Leben notwendigen Bestandteile auf die Erde gebracht worden sein könnten. Es bleibt jedoch unklar, wie diese Materialien die Oberfläche unseres Planeten erreicht haben könnten, ohne dabei zerstört zu werden.
In der Nature Astronomy-Studie untersuchten die Wissenschaftler, ob feinkörniger „kosmischer Staub“ eine Antwort geben könnte. Dieses körnige Material entsteht im Weltraum durch die Kollisionen von Asteroiden oder das Verdampfen und Zerfallen von Kometen auf ihrer Reise durch das Sonnensystem.
„Im Gegensatz zu größeren Objekten ist der Fluss des kosmischen Staubs zur Erde auf jährlichen Zeitskalen im Wesentlichen konstant“, schreiben sie. „Außerdem durchquert ein Teil der kosmischen Staubkörner die Erdatmosphäre relativ sanft und behält dabei einen größeren Anteil an primitiven“ Elementen zurück als große Impaktoren.
Der Satellit DSCOVR (Deep Space Climate Observatory) hat am 6. Juli 2015 zum ersten Mal einen Blick auf die gesamte Sonnenseite der Erde aus einer Million Kilometer Entfernung aufgenommen. (Bildnachweis: NASA)Obwohl dieses Material ein plausibler Übertragungsmechanismus ist, wird es in präbiotischen Theorien nur selten berücksichtigt, weil es sich über eine große Fläche ausbreitet, was es vielleicht weniger auffällig macht oder es schwieriger macht, es in ausreichend hohen Konzentrationen zu untersuchen, so das Team. Aber konzentrierte Ablagerungen von kosmischem Staub bilden sich heute auf der Erde durch normale sedimentäre Prozesse.
„Es gibt viele planetarische Prozesse, die feinkörnige Materialien aus großen Oberflächenbereichen zu konzentrierten Ablagerungen zusammenführen können“, schrieb das Team. Zum Beispiel kann der Wind Staub und kleine Partikel in bestimmte Gebiete blasen und so Sanddünen bilden. Flüsse und Ströme transportieren und lagern feine Sedimente ab, um Strände zu bilden. Gletscher bewegen sich und lagern Schutt ab, was zur Bildung von Moränen führt. Bei jedem dieser Prozesse sammeln und konzentrieren sich Materialien an bestimmten Orten.
Mithilfe von astrophysikalischen Simulationen und geologischen Modellen versuchte das Team, den Fluss und die Zusammensetzung des kosmischen Staubs zu quantifizieren, der sich während der ersten 500 Millionen Jahre nach einem Ereignis, das als mondbildender Einschlag bekannt ist, auf der Erdoberfläche abgelagert haben könnte – eine Theorie, nach der sich der Erdmond bei einer Kollision zwischen der Erde und einem Objekt von der Größe des Mars gebildet hat. Derartige Kollisionen waren während der Entstehung des Sonnensystems häufig.
Die numerischen Modelle berücksichtigten Staub aus der Jupiterfamilie von Kometen und Asteroiden. Nach einem Vergleich der Ergebnisse mit Schätzungen der heutigen Akkretion auf der Erde stellte das Team fest, dass die Gesamtakkretion von kosmischem Staub auf der frühen Erde 100- bis 10.000-mal höher gewesen sein könnte als die heute beobachtete.
Das Modell wurde auch zur Vorhersage des Staubanteils in nicht verfestigten Sedimenten verwendet, die während einer bestimmten geologischen Periode abgelagert wurden. Dabei wurde eine Reihe von geeigneten Umgebungen berücksichtigt, darunter Gletscherflächen, heiße Wüsten und Tiefseesedimente. Um ihre Ergebnisse zu bestätigen, verglich das Team sie mit bekannten Messungen dieser Umgebungen auf der heutigen Erde.
Das Team fand heraus, dass kosmischer Staub nur einen kleinen Teil der Tiefseesedimente ausmacht, selbst bei den höchsten vom Modell vorhergesagten Raten. In Wüsten- und Gletschergebieten könnte der kosmische Staub jedoch mehr als 50 % der Sedimente ausmachen. Die höchsten Konzentrationen, über 80 %, wären in Gebieten zu finden, in denen Gletscher schmelzen, in Sedimenten wie denen in Kryokonitlöchern – Löcher in der Oberfläche eines Gletschers, die entstehen, wenn der Wind Sedimente auf den Gletscher trägt – so wie sie heute die höchsten gemeldeten Werte an kosmischem Staub enthalten.
Antarktisch anmutende Eisschilde, die Kryokonit-Sedimente mit hohem Gehalt an kosmischem Staub beherbergen, scheinen zusammen mit proglazialen Seen eine hervorragende Umgebung für die frühen Stadien des Lebens zu bieten. Außerdem können sie im Laufe der Zeit mit anderen ähnlichen Umgebungen interagieren, ähnlich wie Bäche zusammenfließen können, so die Forscher.
Insgesamt stellen die Ergebnisse eine faszinierende Herausforderung für die weit verbreitete Annahme dar, dass kosmischer Staub nicht in der Lage ist, Leben auf der Erde in Gang zu setzen.
