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Thema: Leben nicht möglich, sobald ein Planet Wasserstoff halten kann?

  1. #1
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    Standard Leben nicht möglich, sobald ein Planet Wasserstoff halten kann?

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    Sauerstoff ist ja sehr reaktionsfreudig, reagiert er jedoch mit Wasserstoff, so muss sehr viel Energie hineingesteckt werden um das entstandene Wasser wieder aufzuspalten. Eine Atmosphäre die Wasserstoff enthält, wird kaum noch Sauerstoff enthalten können, damit scheidet der Sauerstoff als Reagenz aus. Es ist für mich schwer vorstellbar, das Leben ohne freien Sauerstoff existieren kann.

    Was hat das mit Planeten zu tun?
    Wasserstoff ist das mit Abstand häufigste Element im Universum. Ist ein Planet, schwer genug um Wasserstoff zu halten, so wird er in einem jungen Sternensystem um ein Vielfaches mehr Wasserstoff ansammeln, als das mit Sauerstoff möglich wäre.

    Daraus schließe Ich, dass es eine harte obere Grenze für die Masse eines Planeten gibt, bis zu der Leben, so wie wir es kennen möglich ist.

    Daraus, kann man verschiedene Sache schließen, gibt es erst einmal soweit Einwände?
    101010

  2. #2
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    Naja, es gibt auch anaerobe Bakterien. Das Leben auf der Erde ist schliesslich auf einer sauerstofffreien Welt entstanden - nennenswerte Anteile an Sauerstoff gibt es erst seit ca. 2.5 Mrd Jahren. Insofern ist "Leben" mit Sicherheit auch auf einem Planeten mit Wasserstoff-reicher Atmosphäre möglich.

    Ob allerdings "höheres Leben" (komplexe Mehrzeller mit "Atmung") in der Form wie auf der Erde möglich ist, ist eine andere Frage. Vielleicht könnten andere Elemente oder Verbindungen die Rolle des Sauerstoffs übernehmen (da hat Mahananda sicher ein paar Ideen...).

    Aber sagen wir mal, dass ich unter den genannten Vorbehalten zustimme: ein Planet mit Wasserstoff-reicher Atmosphäre (die nicht entweichen kann) wird keine Sauerstoff-reiche Atmosphäre entwickeln können und entsprechend wird komplexes Leben wie wir es von der Erde her kennen nicht möglich sein.
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  3. #3
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    Standard

    Hallo Kibo,

    Ist ein Planet, schwer genug um Wasserstoff zu halten, so wird er in einem jungen Sternensystem um ein Vielfaches mehr Wasserstoff ansammeln, als das mit Sauerstoff möglich wäre.
    Das ist richtig. Das Problem für die Entstehung von Leben ist dann, dass sich in diesem Fall Druck- und Temperaturverhältnisse einstellen, die ein Entstehen von Polymeren unmöglich machen. Schauen wir uns die kleineren Gasplaneten Uranus und Neptun mit 14 bzw. 17 Erdmassen an, haben wir dort keine Grenzflächen - weder von gasförmig zu flüssig noch von flüssig zu fest, weil mit Überschreiten der kritischen Drücke der Übergang fließend erfolgt. Nehmen wir an, wir könnten beide Planeten in die solare habitable Zone versetzen, würde sich die Atmosphäre infolge des großen Wasserdampfanteils zusätzlich aufheizen. Der dicke Wassermantel geht nach einigen Hundert Kilometern kontinuierlich in eine darunter liegende Schicht hochkomprimierten Eises über, die sich mehrere Tausend Kilometer dick über dem Kern aus Silikaten und Eisen erstreckt und somit den Zustrom von Spurenelementen in die darüber liegenden Wasserschichten wirksam isoliert. Ohne diese sind aber Katalysen nicht möglich.

    Polymere nach Art von Polypeptiden entstehen über Polykondensationsreaktionen, bei denen Wasser als Nebenprodukt entsteht. In einer wässrigen Umgebung muss das Reaktionswasser aber abgeführt werden können, da anderenfalls das chemische Gleichgewicht in Richtung der Ausgangsstoffe verschoben ist. In einem mehrere Hundert Kilometer tiefen Ozean mit einem allmählich immer mehr sich verfestigenden Untergrund aus Hochdruck-Eis gibt es jedoch keine Möglichkeit, das Reaktionswasser wieder loszuwerden, so dass die aus der Atmosphäre vielleicht herabrieselnden Aminosäuren, die über Miller-Urey-Synthesen entstanden sind, im Ozeanwasser verbleiben, bis sie sich wieder in die Ausgangsmoleküle CH4, NH3 und H2O zersetzen, aus denen sie hervorgegangen sind.

    Da in den Bereichen, wo sich Wasser befindet, zugleich sehr hohe Temperaturen und sehr hohe Drücke vorhanden sind, könnten längere Molekülketten ohnehin nicht für längere Zeit bestehen, falls sie entstehen sollten. Makromoleküle sind aber nötig, um hinreichend komplexe Stoffwechselvorgänge überhaupt erst zu ermöglichen, die dann in der Summe ein System hervorzubringen, das man als lebendig bezeichnen kann. Folglich sind die Verhältnisse auf Planeten, die ihren Wasserstoff in der Atmosphäre halten können, denkbar ungünstig, dass darauf Leben entstehen könnte. Aber bereits eine Nummer kleiner - die sogenannten Ozeanplaneten - ist aus den genannten Gründen zur Hervorbringung von Organismen denkbar ungeeignet, da auch hier das schiere Überangebot an Wasser eine Synthese sowie eine nachfolgende Anreicherung von Polymeren wirksam ausschließt. Mehr als ein Promille der Gesamtmasse eines Gesteinsplaneten darf die Wassermenge nicht überschreiten, um Uferzonen zu ermöglichen, wo eine Chance besteht, dass aus Monomeren langkettige Polymere werden können.

    Leben ohne freien Sauerstoff in der Atmosphäre geht übrigens wunderbar, da auch auf der Erde vor etwa 4 Milliarden Jahren kein Sauerstoff vorhanden gewesen ist. Wäre er vorhanden gewesen, hätten sich die Ausgangsstoffe der Monomere, also Methan, Ammoniak und Schwefelwasserstoff zu Kohlenstoffdioxid, elementarem Stickstoff und Schwefeloxiden zersetzt und wir hätten schon sehr zeitig auf der Erde Verhältnisse gehabt wie heute auf der Venus. Ich habe das hier (im Abschnitt "Wo entsteht Leben?") übrigens ausführlicher ausgearbeitet.

    Viele Grüße!

  4. #4
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    Standard

    Hi Bynaus,

    Naja, es gibt auch anaerobe Bakterien.
    Klar, Archaen usw habe Ich jetzt einmal großzügig übersehen. Wir sind also da weitestgehend einer Meinung.

    Hi Mahananda,

    gut, dass du das noch von einem anderen Blickwinkel betrachtest. Du bist da ja der Experte. Das Vorhandensein einer druckinduzierten Eisschicht hängt aber von der Wassermenge und nicht direkt von der Planetenmasse ab oder?

    Ich habe mich ja mal mit Atmosphärenerosion beschäftigt. Leider fehlen mir die Möglichkeiten um so etwas wirklich durch zu simulieren. Mit der Faustformel von Bynaus kam allerdings heraus, dass ein Planet der sich in der habitablen Zone befindet, kaum massiver als die Erde sein muss, um Wasserstoff effektiv zu halten. Mehr wird es wohl nicht brauchen für versiegelte Ozeanböden in 50 Kilometer tiefen Meeren und sauerstofffreier Atmosphäre. Und das beantwortet für mich zumindest schon ziemlich schlüssig die Frage warum wir (als energiehungrige denkende Mehrzeller) auf diesen Planeten leben und nicht auf einer Supererde.

    mfg
    101010

  5. #5
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    Hallo Kibo,

    Das Vorhandensein einer druckinduzierten Eisschicht hängt aber von der Wassermenge und nicht direkt von der Planetenmasse ab oder?
    Da der Druck auch über die Schwerebeschleunigung zustandekommt, hat die Planetenmasse einen direkten Einfluss auf das Entstehen der Eisschicht.

    ... und nicht auf einer Supererde.
    Ja, ich denke, die allermeisten Supererden sind eher die größeren Schwestern der Venus als die Zwillinge der Erde. Je massereicher ein Gesteinsplanet ist, um so enger wird das Fenster für Ozeane mit Kontinenten. Da reduziert sich die Obergrenze des Wasseranteils bei doppeltem Erdradius auf nur noch etwa 0,3 Promille und die Untergrenze auf etwa 0,03 Promille. Das senkt dann die Auswahl an Supererden, die zufällig mit ihrem Wassergehalt in diesem Intervall liegen, erheblich.

    Viele Grüße!

  6. #6
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    Zwei Fragen, die nix mit dem Wasserstoff in der Atmosphäre zu tun haben:
    - Wie wahrscheinlich ist es denn, dass die Menge an Wasser gerade so ausreicht, dass sich Ozeane und Kontinente bilden? Die Ozeane sind bei uns ca. 4 km tief, und die Kontinente schauen nur raus, weil die Ozeanböden so tief liegen.
    Meistens dürfte doch einfach nur zuviel Wasser da sein, so dass gar keine Kontinente existieren. Wenn auf der Erde noch eine Wasserschicht von 500 m dazukommt, dann sind die meisten Kontinente versunken. Vielleicht entdecken wir bald Exoplaneten mit globalen Wasserozeanen. Ob wir irgendwann einen Planeten finden mit so einen hübschen Aufteilung wie die Erde (30% Kontinente, 70% Wasser)?
    - Noch was anderes: Vor ein paar Milliarden Jahren haben ein paar Mikroorganismen beschlossen, das Sonnenlicht zu nutzen. Als Abfallprodukt kam dann Sauerstoff heraus. Gut für uns, da wir jetzt 20% Sauerstoff zu atmen haben. Was aber hat die Organismen dazu angehalten, den Sauerstoff abzustossen? Hätte es nicht auch sein können, dass sie den Sauerstoff behalten, oder gleich wieder mit anderen Elemente oxidieren, um wieder mehr Energie zu haben? Muss eigentlich bei einer Photosynthese zwingend Sauerstoff herauskommen? Könnte auf anderen Planeten evtl. auch eine art Photosynthese in Gang gekommen sein, die aber eben kein Sauerstoff produziert, vielleicht weil der Stern nicht gelb, sondern eher rötlich leuchtet?
    Es gibt eine Theorie, die besagt, wenn jemals irgendwer genau herausfindet, wozu das Universum da ist und warum es da ist, dann verschwindet es auf der Stelle und wird durch noch etwas Bizarreres und Unbegreiflicheres ersetzt. Es gibt eine andere Theorie, nach der das schon passiert ist. (D. Adams)

  7. #7
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    Hallo MoreInput,

    zur ersten Frage: Wenn man bei der Zusammensetzung von Gesteinsplaneten davon ausgeht, dass zwischen einer groben Drittelung der Planetenmasse in Eisen, Silikat und Wasser sowie zwischen einer Halbierung der Planetenmasse zwischen Eisen und Silikat alles möglich ist, beläuft sich bei einem Wasseranteil von 0,24 Promille für die Erde die Chance auf eine Wiederholung auf etwa 1 zu 30.000, wenn man von Hundertstel-Promille-Intervallen ausgeht. (30 Prozent = 300 Promille = 3000 Zehntel-Promille = 30.000 Hundertstel-Promille)

    Zur zweiten Frage: Sauerstoff entsteht bei der Photosynthese durch Wasserspaltung. Damit Sauerstoff verwertbar werden konnte, musste er sich zunächst anreichern können. In einer reduzierenden Umgebung dauert das sehr lange. Alternativen zur Photosynthese sind Chemosynthesen - u.a. auf der Basis von Schwefelverbindungen oder Eisenverbindungen. Diese verlaufen ohne Sauerstoff-Freisetzung.

    Viele Grüße!

  8. #8
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    Halllo,

    ich komme nochmal kurz auf die Eingangsfrage zurück.

    Die bekannte Tatsache, daß sich Leben auch ohne freien Sauerstoff entwickeln kann, wurde ja bereits erwähnt.

    Wie sieht das, bezogen auf die Eingangsfragestellung, aber überhaupt aus?

    Planeten in der habitablen Zone eines Sterns – gibt es dort überhaupt noch Wasserstoff in nennenswerter Menge, wenn ihr Stern kräftig genug leuchtet und ihn vertreibt? Sind diese Planeten dann ihrerseits auch schon so weit (so schwer), daß sie ihn an sich binden könnten?

    Ja ich weiß, daß es Gasriesen ganz nahe bei ihrem Stern gibt. Haben sie sich aber auch dort entwickelt? Ist das überhaupt der Normalfall, oder eher das zwangsläufige Resultat einer selektiven technischen Beobachtungsfähigkeit?

    Wenn sie sich aber in der Nähe ihres Sterns entwickeln, ist das dann nicht der gleiche Prozess, der in größerem Maßstabe auch für die Entwicklung von Doppelsternen sorgt? Dann sind das aber Zweikörper-Prozesse, die nur bestimmte Systemtypen betreffen und nicht erzwingen unser Sonnensystem als die ganz große Ausnahme anzusehen.

    Ich erinnere mich, daß mir Bynaus? vor einigen Jahren geschrieben hatte, daß sich Doppelsterne so nicht entwickeln. Ich erinnere mich aber auch, daß es hier auf Astronews Artikel gab, die genau das als widerlegt ansahen. Finde ich nur im Moment nicht und werde ich vorläufig wohl auch nicht finden, weil wir mit den Vorbereitungen für eine Urlaubstour durch Norwegen beschäftigt sind. Montag oder Dienstag geht’s los, wenn wir bis dahin unsere Sommergrippe einigermaßen im Griff haben. 

    Herzliche Grüße

    MAC

  9. #9
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    Gute Besserung und einen schönen Urlaub!

    mfg
    101010

  10. #10
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    Zitat Zitat von MoreInput
    Wie wahrscheinlich ist es denn, dass die Menge an Wasser gerade so ausreicht, dass sich Ozeane und Kontinente bilden?
    Gute Frage. Die Problematik geht sogar noch tiefer: Wasser löst sich auch in Gestein. Plattentektonik scheint für die Aufrechterhaltung eines geologischen CO2-Zyklus ebenfalls wichtig zu sein, aber Plattentektonik zieht auch eine Menge Wasser in den Mantel. Das heisst, ein Planet kann zwar mit dem scheinbar richtigen Wasseranteil starten, aber später seinen Ozean einfach in den Mantel hinein verlieren (natürlich kommt da auch wieder was raus, aber das sich einstellende Gleichgewicht liegt tiefer als das gewünschte Ideal). Nun hängt der Wasserspiegel an der Oberfläche nicht nur von Wassermenge ab, sondern auch, wie diese mit dem Mantel interagiert. Ein grösserer Planet hat vielleicht eine stärkere Plattentektonik, zieht mehr Wasser runter und hat deshalb flachere Meere - und umgekehrt. Bis zu einem bestimmten Grad kann das natürlich hilfreich sein, wenn mehrere solche Prozesse zusammenarbeiten, um den Wassergehalt an der Oberfläche in einem "vernünftigen" Bereich zu halten. In den meisten Fällen heisst es aber, dass noch ein weiterer Prozess hinzukommt, der die Stabilisierung von "nicht zu tiefen" Ozeanen aber Oberfläche erschwert. Und dann soll das natürlich auch noch über Jahrmilliarden konstant bleiben...

    Zitat Zitat von mac
    Planeten in der habitablen Zone eines Sterns – gibt es dort überhaupt noch Wasserstoff in nennenswerter Menge, wenn ihr Stern kräftig genug leuchtet und ihn vertreibt? Sind diese Planeten dann ihrerseits auch schon so weit (so schwer), daß sie ihn an sich binden könnten?
    Ob sich Wasserstoff halten kann, ist in erster Näherung eine Frage der Temperatur und der Gravitation des betroffenen Planeten. Für einen erdwarmen Planeten reicht eine nur etwas grössere Masse als jene der Erde, um Wasserstoff über Jahrmilliarden zu halten ("Jeans escape"). In zweiter Näherung braucht man ein Magnetfeld, um die Atmosphäre vor Sonnenwinderosion zu schützen. (Korrektur)

    Ja ich weiß, daß es Gasriesen ganz nahe bei ihrem Stern gibt. Haben sie sich aber auch dort entwickelt? Ist das überhaupt der Normalfall, oder eher das zwangsläufige Resultat einer selektiven technischen Beobachtungsfähigkeit?
    Die haben sich vermutlich nicht dort entwickelt, sondern sind von weiter draussen hinein gewandert. Nur etwa 3% aller Sterne haben einen "Hot Jupiter" (bias-korrigiert). Viel wichtiger ist aber die Frage, ob sich die heissen Neptune vor Ort entwickelt haben, oder ob sie auch von weiter draussen hinein gewandert sind. Das ist heute nicht ganz klar, aber die Mehrheit der Wissenschaft würde heute wohl auf letzteres Tippen.
    Geändert von Bynaus (15.06.2015 um 17:10 Uhr) Grund: Falsche Aussage korrigiert.
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