Document ID: /fineweb-2-swissfilter-quality_10-filterrobots/filtered/03367.jsonl.gz/159

Die Venus ist vielleicht eine der rätselhaftesten Welten des Sonnensystems. Gerade ihre Ähnlichkeit zur Erde in vielerlei Hinsicht lässt uns Vergleiche ziehen – manchmal mit überraschenden Konsequenzen.
Irgendwie scheint es etwas unfair: Wenn morgen ein Exoplanet entdeckt würde, der etwas weniger als eine Erdmasse hat, etwas kleiner als die Erde ist, am inneren Rand der bewohnbaren Zone um seinen Stern kreist und damit eine geschätzte Equilibriums-Oberflächentemperatur (bei Albedo 0.3) von etwa 70 °C hat („vielleicht hat er ja viele Wolken…“), wäre das Internet voll von Berichten über diese neue, „erdähnliche“ Welt, man würde über die Möglichkeit komplexen Lebens diskutieren und nur wenige Monate später würde irgendein russisches Teleskop ein Signal in Richtung dieses Planeten schicken. Absurd? Genauso war es beim Planeten Gliese 581 c, und dieser Planet ist weit davon entfernt, der Erde so ähnlich zu sein wie die Venus.
Für die fehlende Begeisterung für diesen erdähnlichen Planeten direkt vor unserer Haustür gibt es natürlich einen Grund: Wir wissen seit den 60er Jahren, dass die Venusoberfläche höllisch heiss, trocken und tot ist. Trotzdem ist die Venus ein gutes Beispiel dafür, wie die Entwicklung eines – mal abgesehen vom heutigen Zustand der Atmosphäre und den sich daraus ergebenden Konsequenzen für die Oberfläche – durchaus erdähnlichen Planeten auch noch abspielen kann.
Dass allein der etwas geringere Abstand der Venus zur Sonne für den Unterschied verantwortlich sei, ist ein Trugschluss: die Strahlungsleistung der Sonne ist bei der Venus zwar rund doppelt so hoch, aber der nächstwichtige Faktor für die Oberflächentemperatur des Planeten, die Albedo, ist bei der Venus wegen den Schwefelsäuerwolken so hoch (rund 0.89, das heisst, die Venus reflektiert 89% des einfallenden Sonnenlichtes), dass dies mehr als kompensiert wird und ihre Oberflächentemperatur nur gerade -40 °C betragen würde – wenn da der Treibhauseffekt nicht wäre.
Umgekehrt wäre es theoretisch durchaus möglich, die Erde in eine zweite Venus zu verwandeln – alles was man tun müsste, wäre die Verdampfung von genügend Ozeanwasser, um den „durchgedrehten Treibhauseffekt“ zu starten (das ist weniger als man vielleicht denkt: ohne die Möglichkeit, warme, feuchte Luft zu den Polen zu transportieren, würden die Tropen der Erde schon heute in diesen Zustand wechseln). Die Stickstoff- und CO2-Budgets der beiden Planeten sind fast gleich gross, doch während die Entwicklung von Ozeanen und Wasserkreislauf der Erde ermöglichte, das CO2 in Form von Kalk zu binden und die Biosphäre den Grossteil des Stickstoffs band, befinden sich auf der Venus beide Stoffe vollständig in der Atmosphäre.
Erde und Venus sind also wirklich zwei ungleiche Schwestern, zwei Seiten einer Medallie, zwei Pfade, die die Entwicklung eines „erdähnlichen“ Planeten nehmen kann. Da wir die Erde wegen des anthropischen „Auswahleffektes“ (wir müssen uns auf einem lebensfreundlichen Planeten entwickelt haben) nicht als repräsentativ für diese Grössenklasse von Planeten ansehen können, müssen wir die Venus als typische Vertreterin dieser Planetenklasse ansehen (so lange die physikalischen Eigenschaften der Venus nicht eine zwingende Vorbedingung für das Leben auf der Erde waren – was ja wohl kaum der Fall ist – müssen wir annehmen, dass die Venus quasi eine zufällige, und damit typische Ziehung aus ihrer eigenen Planetenklasse darstellt) – und schauen, was wir daraus lernen können. Hier wären eine Menge interessanter Beobachtungen möglich, doch für diesen Artikel konzentrieren wir uns auf die Krater.
Die Venus hat, trotz ihrer dichten Atmosphäre, eine stattliche Anzahl Krater (etwa 1000 davon wurden identifiziert). Trotzdem ist die Oberfläche nicht so alt wie etwa jene des Mondes, des Merkurs oder auch des Mars (deren älteste Oberflächen „Sättigung“ erreicht haben – jeder Quadratmeter der Oberfläche wird von einem Krater oder dessen Auswürfen bedeckt): bei der heutigen (und zurückextrapolierten) Häufigkeit von Einschlägen bestimmter Grössen und Häufigkeiten lässt sich errechnen, wie alt die Oberfläche der Venus in etwa sein muss. Dabei kommt man auf einen Wert von „nur“ gerade 500 Millionen Jahren (plusminus 200 Millionen, da solche Kraterzählungen nie besonders genau sein können). Das heisst, entweder ist vor 500 Millionen Jahren eine grosse, globale Katastrophe geschehen, bei der die gesamte Oberfläche irgendwie „erneuert“ (zum Beispiel: von Lavaströmen bedeckt) wurde. Die Alternative wäre, dass die Oberfläche sich ständig erneuert, an zufälligen Stellen, mit einer Rate, die die Oberfläche in etwa 500 Millionen Jahren ersetzt – das entspricht etwa einem Quadratkilometer pro Jahr. Da wir keine derartigen Veränderungen sehen (noch immer wurde kein aktiver Vulkanismus auf der Venus nachgewiesen), muss eine solche Erneuerungsaktivität episodisch erfolgen, womit man schon bald wieder bei der ersten Möglichkeit wäre.
Für grosse Einschläge mit Kraterdurchmessern von über 35 km spielt auch die dichte Atmosphäre übrigens keine Rolle mehr: die Grössenverteilung folgt dann dem gleichen Verteilungsgesetz wie für Krater auf atmosphärenlosen Himmelskörpern (jeweils für Gravitation und Entfernung zur Sonne korrigiert), während kleinere Einschläge teilweise von der Atmosphäre abgefangen werden – Krater kleiner als etwa 2 km im Durchmesser gibt es schon gar nicht. Fast alle kleineren Krater sind asymetrisch, was auf ein Auseinanderbrechen des Impaktors in der Atmosphäre hindeutet, und fast alle Kraterauswürfe haben eine westwärts gerichtete Asymetrie, was wohl mit den vorherrschenden Windverhältnissen in der dichten Atmosphäre zusammenhängt.
Der grösste der Krater auf der Venus heisst Mead (wie alle Oberflächenmerkmale der Venus ist er nach einer Frau benannt: der amerikanischen Anthropologin Margaret Mead). Er hat einen Durchmesser von 270 km. Damit ist er deutlich grösser als der grösste irdische Krater, der in einem vergleichbaren Zeitraum entstanden ist: Chicxulub (170 km) auf der mexikanischen Halbinsel Yucatan, der vor 65 Millionen Jahren entstand und dessen Einschlag vermutlich das Ende der Dinosaurier besiegelte. Es gibt auf der Erde zwar zwei Krater, die ähnlich gross sind wie Mead (Vredefort in Südafrika und Sudbury in Kanada, beide ca. 300 km im Durchmesser), doch sind diese gut 2 Milliarden Jahre alt, stammen also aus einer Zeit, in der grosse Einschläge dieser Art noch häufiger waren. Wir wissen nun aber, dass Mead in den letzten 500 Millionen Jahren entstanden sein muss.
Das ist interessant, aus verschiedenen Gründen. Zunächst einmal ist klar, dass die Asteroiden- (und Kometen-) Population, die die Krater auf der Venus verursacht, dieselbe ist, wie jene, die auf der Erde Krater verursacht: aus der Sicht des Sonnensystems befinden sich Erde und Venus praktisch auf derselben Bahn. Da für grosse Krater der „Filtereffekt“ der Venus-Atmosphäre nicht mehr spielt, müssten die grossen Krater der Erde eine ähnliche Grösse-Häufigkeits-Verteilung haben wie jene der Venus.
Typischerweise skaliert eine solche Verteilung mit D-3, das heisst, „doppelt so grosse“ Krater sind jeweils 1/23 = 1/8 so häufig. Das widerum heisst, auf etwa vier 170 km-Krater (wie Chicxulub) sollte ein Krater von der Grösse von Mead kommen. Bedenkt man nun, dass die Entstehungshäufigkeit von Kratern der Chicxulub-Klasse etwa einmal in 100 Millionen Jahren beträgt, kommt man zur einleuchtenden Feststellung, dass es auf der Erde in den letzten 500 Millionen Jahren – wie auf der Venus – etwa 4 grosse Krater von der ungefähren Grösse Chicxulubs, plus einen deutlich grösseren von der Grösse von Mead geben sollte.
Das Problem ist nur: wir kennen auf der Erde keine weiteren Krater dieser Grösse (der nächstkleinere ist Popigai, der „nur“ gerade 100 km im Durchmesser hat – Krater dieser Klasse sollten rund fünf Mal häufiger sein). Natürlich spielt hier eine Rolle, dass die Erde zu rund 70% von Wasser bedeckt ist, und die ozeanische Kruste nach jeweils rund 200 Millionen Jahren wieder subduziert wird (in den Erdmantel abtaucht). Die Chance, dass der Asteroid das Land trifft, ist also jedes Mal etwa 1/3, so dass man erwarten würde, dass sich etwa 5/3, oder „etwa 2“ der Krater auf dem Land befinden, wo sie erhalten bleiben. Die Chance, einen zweiten „Chicxulub“ irgendwo auf der Erdoberfläche zu finden (mit einem Alter von 100 – 500 Mio Jahren), ist deshalb durchaus gegeben. Die anderen drei Krater würde man im Meer vermuten, wobei wir höchstens bei einem davon erwarten dürfen, dass er noch nicht subduziert wurde (wenn er ganz grob im Zeitraum 100-200 Mio Jahre gebildet wurde).
Das eigentliche „Mead-Paradox“ ergibt sich aber aus der Beobachtung, dass diese anderen „vier“ Einschläge offenbar spurlos am Leben auf der Erde vorbeigeganen sind. Natürlich gab es weitere Massenaussterben in den letzten 500 Millionen Jahren, aber diese lassen sich nicht mit einem Einschlag in Verbindung bringen, da keinerlei indirekte Spuren eines Einschlags, wie etwa eine Iridium-Anomalie, gefunden wurden. Sind Einschläge von grossen Asteroiden vielleicht gar nicht so tödlich wie bisher gedacht? Dann müsste man allerdings auch erklären, warum die Dinosaurier (und die vielen anderen Tierarten, die an der Kreide-Paläogen-Grenze ausstarben) exakt mit der Iridium-Anomalie des Impakts verschwinden.
Oder sind nur die Einschläge in den Ozean weniger „tödlich“ für die Biosphäre? Allerdings ist hier nicht klar, warum das so sein sollte. Man würde vermuten, dass selbst 4 km Wasser (die durchschnittliche Tiefe des Ozeans) beim Einschlag eines 10 km durchmessenden Asteroiden keinen grossen Unterschied machen. Man kann leicht berechnen, dass die Erhitzung und Verdampfung von 25° warmem Wasser etwa 2.6 Megajoule Energie pro Kilogramm erfordert, und die Erhitzung und Verdampfung eines Wasserzylinders von 5 km Radius und 4 km Höhe damit rund 7.4 * 1017 Joule erfordert. Die Gesamtenergie eines 10 km grossen und damit 1.5 Billionen Tonnen schweren Asteroiden, der die Erde mit der Minimalgeschwindigkeit von 11.2 km/s trifft, beträgt aber etwa 2 * 1023 Joule, oder über 200’000 mal mehr. Das heisst, die „Kühlwirkung“ des verdampften Wassers allein macht praktisch keinen Unterschied.
Allerdings könnte es sein, dass Einschläge in den Ozean ohnehin anders ablaufen, weil die ozeanische Kruste vorwiegend aus Basalt besteht und deutlich dünner ist als jene unter den Kontinenten. Es wäre vielleicht denkbar, dass ein Asteroid vom „Chicxulub“-Kaliber (oder grösser) die Kruste einfach durchbricht und mit seinem Einschlag einen sogenannten Flutbasalt auslöst. Flutbasalte sind grosse Vulkanische Ausbrüche, in denen viele tausend bis Millionen Kubikkilometer Lava freigesetzt werden, die grosse Gebiete überfluten. Ein solcher Flutbasalt könnte dann den den Krater selbst, sowie die gesamte Umgebung darum herum mit Lava überfluten und alle direkten Spuren des Einschlags tilgen. Flutbasalte, auch „Large Igneous Provinces“ (LIPs) genannt, gibt es im Ozean einige. Ein besonders grosses ist das riesige Ontong-Java-Plateau im Südpazifik, das mit 120 Mio Jahren auch in etwa das richtige Alter hat. Bis heute gibt es aber noch keinerlei konkrete Hinweise darauf, dass LIPs im Allgmeinen, oder Ontong-Java im speziellen, wirklich auch durch Einschläge ausgelöst werden können.
Ist das die Lösung des Rätsels? Oder ist die Erde in den letzten 500 Mio Jahren einfach nur zufällig einem grösseren Einschlag als Chicxulub entkommen? Steht der Erde ihr „Mead“ noch bevor?