Nur Wasser- und Wüstenwelten da draussen?

Unsere Erde mit ihren Kontinenten und flachen Meeren könnte eine seltene Ausnahme im All sein. Denn die meisten Planeten und Monde im Sonnensystem haben entweder sehr viel Wasser – oder dann überhaupt keines.

Eine gerade-genug-Wasser-gerade-genug-Land-Welt
Eine gerade-genug-Wasser-gerade-genug-Land-Welt
Wer meine andere Seite Planeten.ch kennt, dem dürfte dieser Artikel bekannt vorkommen: Er wurde dort schon einmal veröffentlicht. Da er aber interessante Fragen für die Suche nach ausserirdischem Leben aufwirft, etwa die nach der Häufigkeit „erdähnlicher“ Planeten, stelle ich ihn – in leicht aktualisierter Form – nun auch hier rein.

Aus Science-Fiction Filmen sind wir uns gewohnt, dass die Heimatplaneten aller Ausserirdischen mehr oder weniger wie die Erde aussehen – sie haben etwas mehr oder weniger Wasser, die Kontinente haben eine etwas andere Form, aber alles in allem gleichen sie der Erde sehr. Dieses Bild von „erdähnlichen“ Welten da draussen könnte aber völlig falsch sein – Planeten, auf denen sowohl trockenes Land als auch grosse Ozeane existieren, könnten in Wirklichkeit sehr selten sein…

Betrachten wir nämlich die Planeten und planetenartigen Monde des Sonnensystems, dann fällt auf, dass sie alle entweder über grosse Wassermengen verfügen – oder dann staubtrocken sind. Merkur und Venus haben praktisch kein Wasser, ebenso der Mond (mit Ausnahme vielleicht von kleineren Eisvorkommen in tiefen Kratern in der Nähe der Pole). Mars verfügt vermutlich über unterirdische Wasservorkommen, doch er ist zu klein, um eine genügend dichte Atmosphaere zu halten, in der grosse Mengen flüssigen Wassers über längere Zeit existieren könnten. Gehen wir aber zu den Monden der Gasriesen Jupiter und Saturn, stellen wir fest, dass diese ebenfalls entweder zu einem grossen Teil aus Wassereis bestehen (zum Beispiel Ganymed, Kallisto, Titan, Rhea, Dione, Enceladus), oder dann zumindest sehr grosse Vorkommen von Wassereis verfügen (Europas „Subeisozean“, der unter einer gefrorenen Oberfläche in einigen Kilometern Tiefe mehr Wasser enthalten könnte als alle Ozeane der Erde zusammen) – oder dann wieder völlig wasserfrei sind (Io).

Wasser kommt im Sonnensystem also vor allem in Form von sehr kaltem, hartem Wassereis vor – und hat damit im äusseren Sonnensystem die Rolle eines Gesteins. Im inneren Sonnensystem, wo die Temperaturen höher als der Trippelpunkt von Wasser sind (Trippelpunkt von Wasser: 0.01 °C, 6.113 Millibar), ist eine Atmosphäre (von mindestens 6.113 Millibar, ca. 6 Tausendstel des Wertes auf der Erde) nötig, um flüssiges Wasser zu halten – sonst „sublimieren“ die Wassermoleküle, wechseln aus dem gefrorenen Zustand sofort in den Gaszustand über. Im Gaszustand jedoch entscheiden Temperatur und Fluchtgeschwindigkeit des Planeten, ob es sich in der Atmosphäre halten kann.

Von den erdähnlichen Planeten sind die Venus, die Erde und der Mars in der Lage, aufgrund ihrer Gravitation Wasserdampf (H2O im gasförmigen Zustand) über lange Zeiträume in ihrer Atmosphäre zurück zu halten. Der Mond und Merkur haben eine zu geringe Gravitation bzw. sind zu heiss dafür. Doch Wasserdampf tendiert dazu, sich in der Hochatmosphäre unter dem Einfluss der UV Strahlung der Sonne in Sauerstoff und Wasserstoff zu spalten – doch Wasserstoff ist viel zu leicht, als dass er von der Gravitation von Erde, Venus und Mars zurück gehalten werden könnte. Der Wasserstoff entweicht, und zurück bleibt Sauerstoff, der sich mit den Oberflächengesteinen verbindet und für die typisch rötliche Färbung der Oberflächen auf Mars und Venus (sowie auf der frühen Erde) sorgt.

Im Sonnensystem ist die Erde aus diesen drei Gründen (richtige Temperatur, genügend dichte Atmosphäre und genügend grosse Gravitation) die einzige Welt, die in der Lage ist, flüssiges Wasser über grössere Zeiträume an ihrer Oberfläche zu halten. Die Venus war vermutlich schon immer zu heiss für flüssiges Wasser, und auf Mars kommt es nur sehr selten in flüssiger Form vor. Dennoch ist Wasser auf der Erde, gesamthaft gesehen, nicht sehr häufig: alle Ozeane der Erde machen zusammen „nur“ 1368 Millionen Kubikkilometer Wasser aus – eine Wasserkugel von etwa 1380 km Durchmesser, oder eine Eiskugel von etwa 1420 km Durchmesser. Das ist etwa soviel Wasser, wie es vermutlich auf dem drittgrössten Saturnmond, Iapetus gibt. Und es gibt etwa ein dutzend Monde, die so gross wie Iapetus sind. Im äusseren Sonnensystem ist Wasser so allgegenwärtig, dass die Monde der Gasriesen zu einem grossen Teil aus Wassereis bestehen. Die „Eisriesen“ Uranus und Neptun bestehen ebenfalls zu einem grossen Teil aus Wassereis. Es scheint also, dass Wasser, oder zumindest seine Bestandteile Sauerstoff und Wasserstoff, im frühen Sonnensystem in grossen Mengen vorhanden waren. Doch was geschah mit all dem Wasser im inneren Sonnensystem?

Auf Merkur, Venus, dem Mond und dem Mars ist es längst verdampft, entweder weil die Temperatur zu hoch ist, oder weil der Planet eine zu geringe Gravitation hat. Verständlich also, dass alles Wasser verschwunden ist. Auf der Erde hingegen, die genügend Gravitation, die richtige Temperatur und eine Atmosphäre hat, sollte es immer noch grosse Mengen an Wasser geben. Wohin ist es verschwunden?

Eine mögliche Lösung ist der Einschlag eines riesigen Asteroiden (von der Grösse des Planeten Mars, man spricht dann auch eher von einem „Planetesimal“) in der Frühzeit des Sonnensystems. Bei diesem Einschlag wurde ein Teil des Erdmantels aus der Erde heraus gerissen und bildete, in eine Umlaufbahn um die Erde geschleudert, unseren Mond. Dass bei dieser riesigen Kollision auch grosse Mengen von Wasser verdampften, liegt auf der Hand. Einige Schätzungen gehen davon aus, dass es vor dem Einschlag rund 300 mal mehr Wasser (!) gab als heute. Dies würde reichen, um die gesammte Erde mit einem 180 km tiefen Ozean zu bedecken. Zu tief, als dass sich jemals Kontinente aus dem Wasser erheben könnten, denn der grösste denkbare Höhenunterschied zwischen dem tiefsten Meeresboden und den höchsten Berggipfeln der Erde beträgt knapp 20 km.

Es scheint also, dass das Wasser der Erde nur durch den Einschlag eines riesigen Planetesimals in der Frühzeit des Sonnensystems soweit verdampfen konnte, dass die Erde sowohl Kontinente (trockenes Land) als auch Ozeane ausbilden konnte. Der Einschlag war gerade stark genug, um gerade genügend Wasser zu verdampfen, dass Kontinente sich noch aus dem Wasser erheben können, und doch gerade noch schwach genug, um noch einen Rest Wasser (das heutige Wasser der Ozeane) zurück zu lassen… Einmal mehr bildet die Erde die goldene Mitte zwischen ein bisschen zuviel und ein bisschen zu wenig.

Auch Venus und Merkur wurden in ihrer Frühzeit vermutlich von einem riesigen Asteroiden getroffen, doch sie hatten weniger Glück: bei Merkur führte der Einschlag zur Verdampfung eines Grossteils seines Mantels (er verlor dabei vermutlich etwa die Hälfte seiner Masse), bei der Venus führte der Einschlag zur Umkehrung der Rotationsrichtung, zudem rotiert der Planet nun so langsam, dass ein Tag länger dauert als ein ganzes Venus-Jahr… Es gehört also für einen terrestrischen Planeten anscheinend viel Glück dazu, einen Rieseneinschlag so zu überstehen, dass er auch danach noch für Leben geeignet ist.

Die Mehrheit der terrestrischen Planeten im Universum teilt wohl nicht das „Glück“ der Erde, die gerade genug Wasser verlor, um lebensfreundliche Kontinente und flache Meere hervor zu bringen, in denen sich das Leben entwickeln konnte. Die meisten der erdähnlichen Planeten im Universum, die sich in der richtigen Entfernung zu ihrem Stern befinden, um über flüssiges Wasser zu verfügen, sollten also entweder von einem mehr als 100 km tiefen Ozean bedeckt, oder dann völlig wasserfreie Wüstenwelten sein.

Dass wir ausgerechnet auf diesem „kosmischen Glücksfall“ leben, muss uns nicht erstaunen: Wäre es nicht so, gäbe es uns nicht, und niemand wäre da, um den „Glücksfall“ festzustellen. Dass die exakt abgestimmte Wassermenge der Erde aber durch mehrere, nicht voneinander abhängige und zufällige Faktoren zustande kam, zeigt uns vor allem eines: Erdähnliche Planeten sind selten, deutlich seltener, als bisher gedacht.

13 Kommentare

  1. Planeten mit Hunderte Kilometer tiefen Ozeanen haben neben der völligen Abwesenheit von trockenem Land auch noch ein anderes Problem, dass die Entstehung von Leben wahrscheinlich von vornherein vereiteln würde: ab einem bestimmten Druck verfestigt sich Wasser nämlich zu Hochdruckeis (Eis-6, http://www1.lsbu.ac.uk/water/ice_vi.html), das schwerer als Wasser ist und folglich auf dem Grund des Ozeans eine je nach Gesamttiefe viele Kilometer dicke Schicht bildet, die den eigentlichen Gesteins-Meeresboden sozusagen versiegeln und jedes Herauslösen von Mineralien durch das Ozeanwaser verhindern würde – denkbar schlechte Ausgangsbedingungen für sich entwickelnde Biochemie! Und je nach Temperatur und Schwerkraft setzt diese Verfestigung schon in relativ geringer Tiefe ein – bei 0°C und 1 g bereits bei etwa 63 km, auf massereicheren Planeten (die prozentual auch noch mehr Wasser halten dürften) mit höherer Schwerkraft in entsprechend geringeren Tiefen… siehe auch das Phasendiagramm von Wasser: https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/0/08/Phase_diagram_of_water.svg

    • Das stimmt, das ist ein Problem, das im Artikel noch gar nicht erst zur Sprache kommt. Aber ich bereite gerade einen weiteren Artikel zur Frage vor (diesmal aus einem leicht anderen Blickwinkel), da werde ich zusehen, dass dies dort erwähnt wird!

  2. Sogar der Vatikan schließt die Existenz fortgeschrittenerer außerirdischer Zivilisationen nicht aus. Immerhin.

    Der Einwand dürfte also fehl am Platz sein 😉

  3. Ein Christ würde sagen: Es kann nur eine geben! Denn nur auf der Erde gab es das Paradies, den Sündenfall und die Erlösung durch Jesus. Das Universum ist nach dieser Auffassung nur ein von Gott als Bewährungsort für den Menschen geschaffene Veranstaltung. Ist kein Mensch mehr da, ist auch das Universum futsch.

    Ist denn überhaupt etwas da, wenn keiner da ist der dieses etwas betrachtet? 🙂

  4. Hallo Bynaus !

    \“…eine Wasserkugel von etwa 1380 km Durchmesser, oder eine Eiskugel von etwa 1330 km Durchmesser.\“

    Kann es sein dass hier ein kleiner Fehler vorliegt?
    Beim Gefrieren erhöht sich doch das Volumen von Wasser um 8,9 Prozent, und nicht umgekehrt?!

    Gruß
    Merlin

  5. Nun, das muss nichts heissen. Sie hätten vielleicht einen etwas anderen Zugang zu Elektrizität als wir (wir leben in einem Isolator (Luft), sie in einem Leiter (Wasser)), würden sie zunächst vielleicht als Waffe benützen statt als Energiespeicher. Aber es gäbe sicher auch andere Möglichkeiten, um Energie zu speichern, etwa über Druck…

  6. Abgesehen davon würden Lebenwesen auf einer Wasserwelt nur einmal die Elektrizität entwickeln und dann nie wieder. Für die Frage nach höheren Zivilisationen dürften diese Planeten uninteressant sein.

  7. Komplexes Leben könnte schon entstehehn. Allerdings würde das wohl viel länger dauern, als auf der Erde. Die irdische tiefseh hat ja auch nichts besonders kommplexes hervorgebracht / ist aufgrund von zu wenig Umweltwandel steckengeblieben:
    Fische z. B. haben sich ursprünglich in seichteren Gewässern (Korallenriffe) entwickelt, wo das Sonnenlicht für eine konstante Energiezufuhr sorgt und dann erst haben es sich einige Entwicklungszweige in der Tiefsee gemütlich gemacht.

  8. ist denn aber zuviel Wasser wirklich ein Grund das komplexes Leben nicht entstehen würde?(z.B. durch Konkurrenz um Platz in der nähe unterseeischer Vulkane)

  9. Die Frage ist nicht, ob es einen mit der Erde vergleichbaren Planeten gibt – die Frage ist, wie häufig diese Planeten sind. Was, wenn sich der nächste mit der Erde vergleichbare Planet in der Andromeda-Galaxie befindet?

    Tatsächlich spielt das Wasser, das die Erde später noch bekam, eine wichtige Rolle – allerdings wäre es naiv anzunehmen, die Kombination von Gravitationskräften, Planetenpositionen und Planetenmassen, die darüber entschieden hat, welche Menge Wasser die Erde auf diese Weise abbekommen hat, würde in jedem System, in dem es einen erdähnlichen Planeten gibt, ebenso auftreten: in den meisten Fällen würde mehr oder weniger Wasser auf den Planeten geliefert, womit wir wieder bei den Wasser- oder Wüstenwelten wären.

  10. Und wie steht es mit der Theorie, dass das Wasser durch Kometen/Asteroiden auf die Erde gekommen ist? Dann ist ein fruehgeschichtlicher Einschlag auf der Erde als Ausschlusskriterium fuer weitere erdaehnliche (was die Wassermasse betrifft) Planeten in anderen Systemen zu ignorieren…

  11. Wir üben nochmal Statistik. Das unwahrscheinlichste überhaupt wäre, dass es keinen mit der Erde vergleichbaren Planeten gibt.

    Seti hatte keinen Erfolg, weil nach Funksignalen auf dem Stand von vor 50 Jahren gesucht wurde. Ich möchte wetten, dass heutige GSM-Signale (Handy) schon nicht mehr als relevante Daten erkannt worden wären.

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