Russische Kosmonauten Ehren Yuri Gagarin, 1. Mann im Weltraum, aus dem Orbit

Wasser ist lebenswichtig für das Leben, wie wir es kennen. Aber nicht alles Wasser hat Leben darin. Durch das Durchforsten von Daten aus extremen Umgebungen haben Forscher die Grenzen dessen gefunden, was bewohnbare Wasserbedingungen auf unserem Planeten ausmacht. Dies könnte uns helfen herauszufinden, welche Arten von Wasser auf anderen Planeten das Leben besser aufnehmen könnten.

Das Leitprinzip unserer derzeitigen Suche nach Alien-Biologie lautet "folge dem Wasser". Aber die neue Forschung legt nahe, dass dieses Ziel verfeinert werden muss.

"Sollen wir dem heißen Wasser oder vielleicht dem kalten Wasser folgen?" fragt Eriita Jones von der Australian National University, Hauptautor der Studie, die in der neuesten Ausgabe der Zeitschrift erscheint Astrobiologie.

Auf der Erde wissen wir, dass das Leben in einer großen Vielfalt von Wassertemperaturen und -drucken überleben kann, und dennoch gibt es Wasserstellen, an denen keine Lebewesen gefunden wurden. Jones und ihr Kollege Charles Lineweaver haben einen umfassenden Überblick darüber gegeben, wie weit sich das Leben in das verfügbare "Wassergebiet" auf der Erde ausgebreitet hat.

"Wir versuchen, unser Verständnis der terrestrischen Biosphäre besser zu quantifizieren", sagt Jones.

Ihre Ergebnisse zeigen, dass nur 12 Prozent des Volumens der Erde, wo flüssiges Wasser existiert, bekannt ist, Leben zu beherbergen. Was den Rest dieses Bandes anbelangt, so hat das Leben vermutlich nie einen Weg gefunden, sich an die dortigen Bedingungen anzupassen, obwohl es mehrere Milliarden Jahre Entwicklungsgeschichte gegeben hat.

Dies kann bedeuten, dass ein Teil des flüssigen Wassers streng unbewohnbar ist. sowohl hier als auch in anderen fernen Welten.

Wasserdiagramm

Um zu quantifizieren, was bewohnbares Wasser ausmacht, zeichneten Jones und Lineweaver den Bereich der Wasserbedingungen in einem Druck- und Temperaturdiagramm auf.

"Dies ist ein sehr natürlicher Weg, um jeden Planeten zu parametrisieren", sagt Jones.

Obwohl wir normalerweise denken, dass Wasser zwischen null und 100 Grad Celsius flüssig ist, gilt dies nur für reines Wasser auf Atmosphärendruck auf dem Meeresspiegel der Erde (etwa 14,7 Pfund pro Quadratzoll oder 1014 Millibar). Wenn Salz vorhanden ist, fällt der Gefrierpunkt des Wassers unter Null Grad und sein Siedepunkt steigt über 100 Grad.

Auch bei hohem Druck bleibt Wasser über 100 Grad Celsius flüssig. In der Tat schätzen die Autoren, dass flüssiges Wasser bis zu einer maximalen Tiefe von 75 Kilometern unter der Erdoberfläche existieren kann, wo die Temperatur mehr als 400 Grad Celsius beträgt und der Druck 30.000 Mal höher ist als an der Oberfläche.

Aber könnte das Leben in diesem Wasser leben? Wahrscheinlich nicht. Die höchste Temperatur, die bekannt ist, um das Leben zu unterstützen, ist 121 Grad Celsius. Einige Biologen glauben, dass Organismen bei noch höheren Temperaturen überleben könnten, aber nichts hat die Aufzeichnung bisher gebrochen.

Jones und Lineweaver verwenden die aktuelle Grenze von 122 Grad Celsius als obere Temperaturgrenze für bewohnbares Wasser. Am anderen Ende des Thermometers kann flüssiges Wasser in dünnen Filmen auf der Erde bei 89 Grad unter Null gefunden werden. Die kälteste Wassertemperatur, von der bekannt ist, dass sie das aktive Leben unterstützt, ist jedoch 20 Grad unter Null, was die Forscher als ihre untere bewohnbare Grenze betrachten.

Die Forscher untersuchten auch Druckgrenzen. Das Leben wurde bis zu 5,3 Kilometer unter der Oberfläche gefunden, wo der Druck 1500 Mal höher ist als an der Oberfläche. Ob dies wirklich der höchste Druck für bewohnbares Wasser ist, bleibt abzuwarten, da noch niemand auf der Suche nach Leben gegraben hat.

"Wir haben das Leben so tief wie wir bisher gesehen haben", sagt Jones.

Was Niederdruck betrifft, so wurde Leben in der Atmosphäre, in der die Luft dünn ist, hoch gefunden, aber diese Mikroorganismen sind typischerweise schlafend und werden nur wiederbelebt, wenn sie die notwendigen Nährstoffe erhalten. Die Autoren nehmen daher die untere Druckgrenze für das aktive Leben auf ein Drittel des atmosphärischen Drucks, was der Höhe an der Spitze des Berges entspricht. Everest. ?

Biosphärenlimits

Gemäß den oben genannten Grenzen ist das Leben auf unserem Planeten auf eine dünne Hülle beschränkt, die sich grob von 10 km über die Oberfläche bis hinunter zu 5 km unterhalb (oder in Tiefen von 10 km im Ozean) erstreckt. Dies lässt unbewohnte 88% des Volumens zurück, in dem Wasser auf der Erde existiert.

"Es zeigt, dass Leben und Wasser nicht gleichwertig sind", sagt Jones. "Es kann viel flüssiges Wasser geben, das lebensfeindlich ist."

Fast das gesamte flüssige Wasser der Erde befindet sich in bewohnbaren Gebieten. Der Punkt ist, dass nur ein kleiner Bruchteil der Wasserbedingungen auf der Erde sind freundlich zum Leben.

"Auf diese Weise klingt es überraschend und scheint darauf hinzudeuten, dass die" Follow-the-Water "-Strategie für die Lebenssuche ein Umdenken erfordert", sagt Chris McKay vom NASA Ames Research Center.

Aber er hält das für leicht irreführend. Der einzige wirklich einschränkende Faktor in dieser Analyse ist die Beobachtung, dass das Leben scheinbar nicht über 122 Grad Celsius überleben kann.

"Keine der anderen Welten (außer Venus) hat Oberflächentemperaturen, die heiß genug sind, um diese Grenze relevant zu machen", sagt McKay.

Unter der Oberfläche können jedoch höhere Temperaturen herrschen. Der Mars zum Beispiel ist vielleicht zu kalt für flüssiges Wasser an seiner Oberfläche, aber es gibt Grund zu der Annahme, dass es flüssiges Wasser unter der Erde gibt.

Jones und Lineweaver modellieren zur Zeit die Kruste, den Mantel und den Kern des Mars und verwenden Schätzungen des Wärmestroms, um ein Mars-Wasser-Phasendiagramm zu erstellen, wie es für das Wasser der Erde gemacht wurde. Die Ergebnisse zeigen, in welchen Tiefen potentiell bewohnbares Wasser (wie in der aktuellen Studie definiert) auf dem Mars gefunden werden könnte.

Diese Art der "bewohnbaren Wasser" -Analyse könnte auch für die flüssigen Ozeane verwendet werden, von denen angenommen wird, dass sie unter den eisigen Krusten des Jupitermondes Europa und Saturns Mond Enceladus liegen. Und es könnte helfen, Exoplaneten zu charakterisieren, für die ein vernünftiges Phasendiagramm geschätzt werden kann.

"Es kann uns zeigen, wo wir unsere Suche nach Leben konzentrieren können", sagt Jones.