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Es dauerte die Evolution 3 oder 4 Milliarden Jahre zu produzieren Homo sapiens. Wenn das Klima in dieser Zeit nur einmal vollständig versagt hätte, wäre die Evolution zum Stillstand gekommen und wir wären jetzt nicht hier. Um zu verstehen, wie wir auf dem Planeten Erde entstanden sind, müssen wir wissen, wie es der Erde gelungen ist, Milliarden von Jahren lebensfähig zu bleiben.
Dies ist kein triviales Problem. Die derzeitige globale Erwärmung zeigt uns, dass sich das Klima im Laufe einiger Jahrhunderte erheblich ändern kann. In geologischen Zeiträumen ist es noch einfacher, das Klima zu ändern. Berechnungen zeigen, dass sich das Erdklima in nur wenigen Millionen Jahren auf Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oder über dem Siedepunkt verschlechtern kann.
Wir wissen auch, dass die Sonne seit der Entwicklung des Lebens 30% leuchtender geworden ist. Theoretisch hätte dies dazu führen müssen, dass die Ozeane inzwischen wegkochen, da dies nicht der Fall war allgemein auf der frühen Erde eingefroren - das ist bekannt als „schwaches junges Sonnenparadoxon”. Doch irgendwie wurde dieses Bewohnbarkeitsrätsel gelöst.
Wissenschaftler haben zwei Haupttheorien aufgestellt. Das erste ist, dass die Erde so etwas wie einen Thermostat besitzen könnte - einen Rückkopplungsmechanismus (oder Mechanismen), der verhindert, dass das Klima jemals zu tödlichen Temperaturen wandert.
Das zweite ist, dass einige von einer großen Anzahl von Planeten es vielleicht nur durch Glück schaffen, und die Erde ist eine davon. Dieses zweite Szenario wird durch die Entdeckungen vieler Planeten außerhalb unseres Sonnensystems - der sogenannten - in den letzten Jahrzehnten plausibler Exoplaneten. Astronomische Beobachtungen entfernter Sterne zeigen, dass viele Planeten sie umkreisen und dass einige eine Größe, Dichte und Umlaufbahn haben, so dass theoretisch für das Leben geeignete Temperaturen möglich sind. Es wurde geschätzt, dass es mindestens gibt 2 Milliarden solcher Kandidatenplaneten allein in unserer Galaxie.
Es gibt viele Exoplaneten… aber wie viele haben ein stabiles Klima? Jurik Peter / Shutterstock
Wissenschaftler würden gerne zu diesen Exoplaneten reisen, um zu untersuchen, ob einer von ihnen die Milliarden Jahre Klimastabilität der Erde erreicht hat. Aber auch die nächsten Exoplaneten, die den Stern umkreisen Nächste Centaurisind mehr als vier Lichtjahre entfernt. Beobachtungs- oder experimentelle Beweise sind schwer zu bekommen.
Stattdessen habe ich dieselbe Frage durch Modellierung untersucht. Ich benutze zuerst ein Computerprogramm, um die Klimaentwicklung auf Planeten im Allgemeinen (nicht nur auf der Erde) zu simulieren erzeugte 100,000 Planeten, jeweils mit zufällig unterschiedlichen Klimarückkopplungen. Klimarückkopplungen sind Prozesse, die den Klimawandel verstärken oder verringern können. Denken Sie beispielsweise an das Schmelzen des Meereises in der Arktis, das sonnenlichtreflektierendes Eis durch sonnenlichtabsorbierendes offenes Meer ersetzt, was wiederum zu mehr Erwärmung und Schmelzen führt.
Um zu untersuchen, wie wahrscheinlich es ist, dass jeder dieser verschiedenen Planeten über enorme (geologische) Zeiträume hinweg bewohnbar bleibt, habe ich jeweils 100 Mal simuliert. Jedes Mal, wenn der Planet von einer anderen Anfangstemperatur aus startete und zufällig unterschiedlichen Klimaereignissen ausgesetzt war. Diese Ereignisse repräsentieren klimawandelverändernde Faktoren wie Supervulkanausbrüche (wie z Mount Pinatubo aber viel viel größer) und Asteroideneinschläge (wie der, der die Dinosaurier getötet hat). Bei jedem der 100 Läufe wurde die Temperatur des Planeten verfolgt, bis er zu heiß oder zu kalt wurde oder 3 Milliarden Jahre überlebt hatte. Zu diesem Zeitpunkt wurde er als möglicher Schmelztiegel für intelligentes Leben angesehen.
Klimaverändernd: Der Ausbruch des Mount Pinatubo auf den Philippinen im Jahr 1991 schleuderte so viel Asche in die Atmosphäre, dass die globalen Temperaturen vorübergehend um 0.6 °C sanken. SRA Blaze Lipowski / Picryl
Die Simulationsergebnisse geben eine eindeutige Antwort auf dieses Bewohnbarkeitsproblem, zumindest im Hinblick auf die Bedeutung von Rückmeldungen und Glück. Es war sehr selten (tatsächlich nur einmal von 100,000), dass ein Planet so starke stabilisierende Rückkopplungen hatte, dass er unabhängig von den zufälligen Klimaereignissen alle 100 Mal bewohnbar blieb. Tatsächlich taten die meisten Planeten, die mindestens einmal bewohnbar blieben, dies weniger als zehn Mal von 100. Bei fast jeder Gelegenheit in der Simulation, bei der ein Planet 3 Milliarden Jahre lang bewohnbar blieb, war dies teilweise auf Glück zurückzuführen. Gleichzeitig erwies sich das Glück an sich als unzureichend. Planeten, die speziell dafür entwickelt wurden, überhaupt keine Rückkopplungen zu haben, blieben nie bewohnbar. Zufällige Spaziergänge, die von Klimaereignissen heimgesucht wurden, dauerten nie.
Wiederholungsläufe in der Simulation waren nicht identisch: 1,000 verschiedene Planeten wurden zufällig und jeder Lauf zweimal generiert. (a) Ergebnisse beim ersten Lauf, (b) Ergebnisse beim zweiten Lauf. Grüne Kreise zeigen Erfolg (3 Milliarden Jahre lang bewohnbar) und Schwarzversagen. Toby Tyrell, Autor zur Verfügung gestellt
Dieses Gesamtergebnis, dass die Ergebnisse teilweise von Rückmeldungen und teilweise vom Glück abhängen, ist robust. Alle möglichen Änderungen an der Modellierung hatten keine Auswirkungen darauf. Folglich muss die Erde daher einige klimastabilisierende Rückkopplungen besitzen, aber gleichzeitig Glück muss auch daran beteiligt gewesen sein, bewohnbar zu bleiben. Wenn zum Beispiel ein Asteroid oder eine Sonneneruption etwas größer gewesen wäre als er gewesen wäre oder zu einem etwas anderen (kritischeren) Zeitpunkt aufgetreten wäre, wären wir heute wahrscheinlich nicht hier auf der Erde. Es gibt eine andere Perspektive, warum wir auf die bemerkenswerte, enorm ausgedehnte Lebensgeschichte der Erde zurückblicken können, die sich entwickelt und diversifiziert und immer komplexer wird, bis zu dem Punkt, an dem sie uns hervorgebracht hat.
Professor Toby Tyrrell diskutiert seine Forschung.
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Über den Autor
Toby Tyrrell, Professor für Erdsystemwissenschaften, University of Southampton
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