Kann ein Wüstenplanet lebensfreundlich sein?

Ob Tatooine, Arrakis oder der Mars: In der Science-Fiction gibt es auch auf Wüstenplaneten meist außerirdisches Leben. Doch wie realistisch sind diese Szenarien? Das haben nun Planetenforscher anhand von Modellen genauer untersucht. Das Ergebnis: Selbst wenn Planeten in der habitablen Zone ihres Sterns kreisen, benötigen sie eine Mindestmenge an anfänglich vorhandenem Wasser. Diese liegt bei rund 20 bis 50 Prozent der Wassermenge in den irdischen Ozeanen. Hat ein Planet weniger Wasser, beeinträchtigt dies nicht nur den Wasserkreislauf, sondern auch seinen Kohlenstoffkreislauf. Als Folge fehlen wichtige Klimapuffer und es entwickelt sich ein galoppierendes Treibhausklima, durch das schließlich alle Gewässer und Ozeane verdampfen, wie das Team erklärt.

Lange hielt man die irdischen Wüsten für lebensfeindliche, tote Regionen. Doch inzwischen ist klar: Es gibt unzählige Lebewesen, die sich an die karge Umgebung und den Wassermangel angepasst haben. Das legt nahe, dass es auch auf extrasolaren Wüstenplaneten in den habitablen Zonen ihres Sterns Leben geben könnte. Zumindest in der Science-Fiction sind außerirdische Lebensformen auf solchen Exoplaneten gängig – ob die Sandwürmer von „Dune“, marsianische Lebensformen oder Sandbewohner auf Star Wars-Wüstenplaneten.

Wie Wasser und Klima zusammenhängen

Doch wie sieht es damit in der Realität aus? Könnten Exoplaneten in der habitablen Zone auch dann Leben hervorbringen, wenn ihnen große Ozeane und ausgedehnte Gewässer fehlen? „Viele dieser Exoplaneten liegen zwar in der habitablen Zone, aber wir waren nicht sicher, ob sie wirklich lebensfreundlich sein können“, sagt Haskelle White-Gianella von der University of Washington in Seattle. Der Grund dafür ist die enge Verknüpfung des Wasserkreislaufs und der Wasserverfügbarkeit mit wichtigen Rückkopplungen im Klimasystem. Denn auch das Klima eines Planeten hängt eng mit seiner Hydrosphäre zusammen. Auf der Erde wirkt beispielsweise die Verwitterung von Silikatgesteinen und die Bildung von Karbonaten in den Ozeanen als Klimapuffer. Dies funktioniert aber nur deshalb so gut, weil das CO2 der Atmosphäre sich in dem durch Verdunstung aufsteigenden Wasser lösen kann und dann als Kohlensäure mit dem Regen wieder auf die Erdoberfläche gelangt. Im Meer und auf felsigen Untergründen finden dann die CO2-bindenden Reaktionen statt. Sie gleichen die Ausgasung von CO2 beispielsweise durch Vulkane aus und sorgen damit für ein langfristig stabiles Klima.

Auf einem Wüstenplaneten mit nur wenig Oberflächenwasser funktionieren diese geologischen Rückkopplungen aber nur eingeschränkt. „Der Wassermangel begrenzt die kontinentale Silikatverwitterung – und das wiederum gefährdet das Gleichgewicht zum vulkanischen Ausgasen von CO2“, erklären White-Gianella und ihr Kollege Joshua Krissansen-Totton. Wenn nicht genug CO2 gebunden wird, entwickelt sich ein Treibhausklima, das den Planeten immer weiter aufheizt. Wozu dies führen kann, demonstriert die Venus. Sie könnte in ihrer Frühzeit ähnlich lebensfreundlich gewesen sein wie die Erde und besaß wahrscheinlich ebenfalls zunächst ein mildes Klima und flüssiges Wasser. Doch als die Sonne kräftiger wurde, heizte sich die Venus auf und entwickelte einen galoppierenden Treibhauseffekt, der sie zu einem höllisch heißen Wüstenplaneten machte.

20 bis 50 Prozent der irdischen Menge sind Minimum

Was aber bedeutet dies für extrasolare Planeten? Wie viel Anfangswasser ein Planet in der habitablen Zone bräuchte, um diesem Schicksal zu entgehen, haben White-Gianella und Krissansen-Totton jetzt mithilfe von Modellen untersucht. Dabei zeigte sich: Besitzt ein Planet so viel Wasser auf seiner Oberfläche wie die Erde oder mindestens 20 bis 50 Prozent davon, funktionieren die Klimarückkopplungen im Kohlenstoffkreislauf: Die Silikatverwitterung wirkt als Puffer und hält den atmosphärischen CO2-Gehalt langfristig einigermaßen stabil. Dank dieser Rückkopplungen kann ein solcher Planet sogar eine leichte Zunahme der Sonneneinstrahlung ausgleichen, wie das Team erklärt.

Doch bei Wüstenplaneten mit nur 0,1 bis einem Prozent des irdischen Ozeanwassers ist dies anders: „Sie treten in ein Regime ein, im dem die Silikatverwitterung nicht mit der CO2-Ausgasung schritthalten kann“, erklären die Forschenden. Dadurch entwickelt sich ein Teufelskreis: Die steigenden CO2-Werte heizen das Klima an, dadurch verdunstet immer mehr Wasser aus Böden und Gewässern. Der Wasserdampf reichert sich in der Atmosphäre an und verstärkt dadurch den Treibhauseffekt. „Irgendwann ist dann eine kritische Schwelle erreicht, nach der alles Oberflächenwasser als Dampf vorliegt, die Niederschläge ausbleiben und kein CO2 mehr gebunden werden kann“, schreiben White-Gianella und Krissansen-Totton.

Nach Ansicht der Forschenden sind Wüstenplaneten daher keine guten Kandidaten für außerirdisches Leben – selbst, wenn sie in der habitablen Zone kreisen. Denn ihr Klima wird höchstwahrscheinlich nicht lange genug stabil bleiben, um die Evolution von Leben zu ermöglichen. Diese Erkenntnisse können helfen, die Suche nach außerirdischem Leben weiter einzugrenzen – auf nur die Exoplaneten, die neben einem milden Klima auch genügend Wasser auf ihrer Oberfläche haben.

Quelle: Haskelle White-Gianella und Joshua Krissansen-Totton (University of Washington, Seattle), The Planetary Science Journal, doi: 10.3847/PSJ/ae4faa

© wissenschaft.de – Nadja Podbregar