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Ein reizvoller Aspekt der Planetologie ist, dass sich diverse Forschungsgebiete überschneiden. Und, wie der Titel sagt,
passen die Einzelteile öfters tatsächlich zusammen. So auch in einem neuen Paper von Jura und Mitstreitern, A Pilot Search for Evidence of Extrasolar Earth-analog Plate Tectonics, erschienen im Astrophysical Journal, und hier für lau auf arXiv.

Zum einen geht es hier um die Identifizierung von Elementen in den äußeren Schichten von weißen Zwergen. Das sind die Überreste von Sonnen, die nach der Roten Riese Phase den Großteil ihrer Masse abgestoßen haben. Wie in einem früheren Beitrag beschrieben, besteht die Photosphäre eines weißen Zwerges praktisch nur aus Wasserstoff und/oder Helium. Alle anderen beobachteten Elemente müssen eine externe Quelle haben – vom Kern des Sterns kann nix hochkommen, und die starke Schwerkraft erlaubt keine lange Aufenthaltsdauer von Material in der Photosphäre. Es muss als irgendwas von außen kommen.

Und das sind die Trümmer von Planeten,Monden und Asteroiden, die das Aufblähen des Zentralgestirns überstanden haben, aber durch die Instabilität des neuen Systems dem Stern zu nahe kommen und von den Gezeitenkräften zerlegt werden.

Mittels hochauflösender Spektroskopie im optischen und ultravioletten Bereich können Elemente in der Photosphäre identifiziert und quantifiziert werden. Das sind in der Regel Sauerstoff, Magnesium, Silizium, und Eisen, aber auch z.B. Kohlenstoff, Kalzium, Titan, Chrom, Schwefel, Nickel.

Wo kommt jetzt die Plattentektonik her? Auch hier zunächst der Verweis auf einen früheren Beitrag, was die Wichtigkeit von Plattentektonik angeht.

Wenn sich als ein Planet aus primitivem Material bildet, findet die Differenzierung statt. Eisen, Nickel und Elemente mit ähnlichen Eigenschaften bilden den dichten Kern, um den herum sich ein Mantel formt, der vor allem aus den leichteren Silikaten besteht (aus den dominierenden Elementen Si und O), in die sich die ganzen anderen Elemente einbauen.
Auf der Erde ging dieser Vorgang sehr weit, eben dank der Plattentektonik und der damit verbundenen permanenten geologischen Aktivität (aufschmelzen, neue Kristallisation) bildete sich eine sehr leichte Kruste ganz oben drauf.

Die Autoren vergleichen in ihrem Paper die Konzentrationen von Barium und Strontium mit Kalzium. Barium und Strontium sind in der kontinentalen Kruste der Erde im Vergleich zu anderen differenzierten Körpern (Mars, Mond, Vesta) extrem angereichert. Der Gedanke ist, das ein hohes Verhältnis zum weniger angereicherten Ca zumindest ein Hinweis auf eine Kruste ähnlich derer der Erde, und damit von Plattentektonik wäre. Das Ganze wird an zwei weißen Zwergen durchexerziert (GD 362 und PG 1225-079). Leider ohne Erfolg, Barium ist in geringen Konzentrationen schwer zu messen. Allerdings geht es in der Studie erst mal zum das Prinzip – und das ist vielversprechend, man muss jetzt halt viele Systeme durcharbeiten.

Natürlich ist alles mal wieder nicht so einfach. Diese Fraktionierung bedeutet natürlich, das die fraktionierten Elemente anderswo hingehen – in den Mantel des Planeten. Also unterm Strich bedeutet das für den Gesamtplaneten keine Änderung des Ausgangsverhältnisses. Falls der Planet dann zerlegt wird und der Staub in den Stern rieselt, wäre kein Unterschied feststellbar. Es muss also vor allem Krustenmaterial separiert werden, um die Elementverhältnisse für Tektonik messen zu können. Und das geht durchaus, der schon öfters erwähnte Erik Asphaug hat diverse Modelle entwickelt, in denen nur ein Teil eines Planeten abgeraspelt wird. So wird in denn den Hit and Run Szenarien nur ein Teil der Masse des Targets des kleineren kollidierenden Partners abgezogen. Oder einfach nur viele kleinere Impakte auf die Planetare Oberfläche, also Erosion durch Impakte. Mehr dazu in diesem Beitrag.

Was die astrobiologische Seite Betrifft, wird es noch interessanter. Höning und Spohn vom DLR in Berlin haben einen interessanten Tagungsbeitrag für die Europlanet 2014: The importance of the Earth’s biosphere in stabilizing the large fraction of continental coverage and the wet mantle of present day Earth. Hier wird modelliert, welchen Einfluss Leben auf die Plattentektonik haben könnte. Der Grundgedanke ist, dass durch organische Prozesse produzierte Sedimente durch Subduktion (abtauchen einer Kontinentalplatte) in den Erdmantel den physikalischen Zustand des Mantels beeinflussen. Die Modelle zeigen, dass Leben auf der Erde zumindest die Plattentektonik stabilisiert haben könnte. In anderen Worten eine abiotische Erde würde früher einrosten. Wieder mal ein Zahnrädchen, das ins andere greift.

Außerdem könnte ein hoher Grad an Plattentektonik (indirekt) auf die Existenz von (früherem) Leben auf dem zerlegten Planeten hindeuten, deshalb auch die Betonung der Astrobiologie hier.

Eine Schritt weiter in die Richtung (wenn auch mit anderer Technik) gehen Lin et al. in Detecting Industrial Pollution in the Atmospheres of Earth-like Exoplanets. Wie der Titel sagt, sie wollen ausbaldowern, wie man mittels IR Spektroskopie Zivilisationen anhand der industriellen Emissionen in der Atmosphäre entdecken kann.

Das heißt natürlich änderst rum, dass wir auf diese Weise auch sichtbar wären (unsere elektromagnetischen Abstrahlungen (z.B.RTL2) würde uns ohnehin preisgeben.

Ein Kommentar zu “Nochmal Exoplaneten, Plattentektonik und Astrobiologie: Es passt in der Tat alles zusammen

  1. Pingback: Die beliebtesten Paper in der Planetologie: Presseschau Oktober 2014 | EXO- PLANETAR

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