Könnten natürliche Kernreaktoren das Leben auf diesem und anderen Planeten erhöht haben?

Während moderne Menschen die fortschrittlichste Technik verwenden, um Kernreaktoren zu bauen, macht die Natur sie manchmal durch Zufall.

Beweise für eine Ansammlung natürlicher Kernreaktoren wurden auf der Erde gefunden, und einige Wissenschaftler sagen, dass unser Planet in seiner alten Vergangenheit noch viel mehr gehabt haben könnte. Es gibt auch Grund zu der Annahme, dass andere Planeten ihre eigenen natürlich vorkommenden Kernreaktoren haben könnten, obwohl Beweise, die dies bestätigen, trübe sind. Wenn sie existieren würden, hätten die großen Mengen an Strahlung und Energie, die von solchen Reaktoren freigesetzt werden, komplizierte Auswirkungen auf jedes Leben gehabt, das sich auf dieser oder anderer Welt entwickelt, sagen Experten.

Natürliche Kernreaktoren treten auf, wenn sich Ablagerungen des radioaktiven Elements Uran an einer Stelle aufbauen und schließlich eine sich selbst erhaltende nukleare Kettenreaktion entzünden, bei der sich Uran in einem Prozess, der als Spaltung bezeichnet wird, teilt und andere Elemente erzeugt. Die Reaktion löst einen gewaltigen Energiedruck aus.

Diese Energie könnte sich abhängig von den Umständen als vorteilhaft und sehr schädlich für das sich entwickelnde Leben erweisen. [7 Theorien über den Ursprung des Lebens]

Nur ein Beispiel

Die einzigen bekannten Beispiele für natürliche Kernreaktoren auf der Erde wurden 1972 in der Oklo-Region von Gabun, Afrika, entdeckt. Französische Bergleute entdeckten, dass die Uranproben, die sie extrahierten, an dem seltenen Isotop Uran 235, dem einzigen natürlich vorkommenden Material der Erde, abgebaut wurden der Aufrechterhaltung von Spaltungsreaktionen. Es war, als ob das Material bereits eine nukleare Reaktion durchlaufen hätte und verbraucht worden wäre.

Das ist das Szenario, das am meisten von Studien unterstützt wird. Wissenschaftler vermuten, dass eine Konzentration von Uran 235 vor etwa 2 Milliarden Jahren kritisch war und eine Spaltung erfahren hat, genau wie in künstlichen Kernreaktoren.

"Soweit wir wissen, haben wir nur Beweise für natürliche Reaktoren, die sich an der einen Stelle in Gabun bilden und betreiben, aber das zeigt, dass dies möglich ist, und unsere Berechnungen legen nahe, dass es früher in der Erdgeschichte viel wahrscheinlicher war", sagte Jay Cullen von die Universität von Victoria in Kanada.

Cullen und Laurence A. Coogan, ein Kollege an der Universität von Victoria, untersuchten, wie wahrscheinlich diese Reaktionen waren, als die Erde viel jünger war, basierend darauf, wie viel Uran in einem bestimmten Gebiet notwendig ist, damit das Material kritisch wird und eine Selbstversorgung beginnt Spaltungsreaktion. Sie fanden heraus, dass während der archaischen Epoche vor etwa 2,5 Milliarden bis 4 Milliarden Jahren natürliche Kernreaktoren relativ häufig gewesen sein können.

"Es ist sicher mehr als wahrscheinlich, dass diese Art von Reaktoren in der frühen Geschichte der Erde viel gebräuchlicher gewesen wäre, weil die Menge an Uran, die Sie benötigen, tatsächlich ziemlich klein ist", sagte Cullen dem Astrobiology Magazine.

Da es jedoch so lange einen so schlechten geologischen Datensatz gibt, haben Wissenschaftler kaum eine Möglichkeit, diese Idee zu bestätigen.

Der Funke des Lebens

Wenn natürliche Kernreaktoren auf der frühen Erde vorhanden wären, hätten sie interessante Auswirkungen auf jedes aufkeimende Leben haben können.

Die ionisierende Strahlung, die durch eine Kernreaktion freigesetzt wird, kann die DNA, den kostbaren Instruktionscode, der in jede Zelle des Lebens eingebaut ist, schädigen. Wenn Organismen zu nahe am Standort eines Reaktors lebten, konnten sie vollständig ausgelöscht werden. Aber das Leben in den Außenbezirken eines Kernreaktors könnte eine geringere Dosis Strahlung erhalten haben - nicht genug, um es zu töten, aber genug, um Mutationen in seinen genetischen Code einzuführen, die die Vielfalt in der lokalen Bevölkerung hätten steigern können.

"Die ionisierende Strahlung würde tatsächlich eine genetische Variation liefern", sagte Cullen. "Das ist die Menge, auf die die natürliche Selektion einwirken wird, und sie könnte dazu beitragen, Veränderungen in Organismen mit der Zeit zu fördern. Ich denke, dass die meisten Menschen ionisierende Strahlung als eine schlechte Sache betrachten, aber das ist nicht immer so. "

Darüber hinaus hätten die Kernreaktoren selbst dem Leben einen noch größeren Segen verschafft, indem sie ihm den Funken verliehen hätten, den sie ursprünglich brauchen würden, meinen einige Wissenschaftler. Zachary Adam, jetzt ein Doktorand an der Montana State Universität in Bozeman, schlug die Möglichkeit in einem 2007 Papier in der Zeitschrift Astrobiologie vor, die er als Doktorand an der Universität von Washington schrieb.

Die Wissenschaftler wissen nicht genau, wie das Leben auf der Erde begann, aber sie denken, dass es eine Art von Energieexplosion erforderte, um damit anzufangen. Diese Energie wäre erforderlich gewesen, um die Bindungen einfacher Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Sauerstoff zu brechen, so dass sie sich zu den ersten komplexen organischen Molekülen rekombinieren könnten.

Andere Forscher haben vorgeschlagen, dass ein Blitzschlag die notwendige Energie geliefert haben könnte, aber Adam glaubt, dass die Energie, die von einem natürlichen Kernreaktor freigesetzt wird, der Katalysator gewesen sein könnte.

"Ich denke, es ist mindestens so möglich wie andere Ideen, wenn nicht plausibler, aber ich weiß, dass jeder Teil seiner eigenen Ideen ist", sagte Adam.

Leben woanders?

Wenn natürliche Kernreaktoren dem Leben auf diesem Planeten geholfen haben könnten, ist es auch möglich, dass sie eine Rolle dabei gespielt haben, das Leben anderswo zu säen.

Bisher haben die Wissenschaftler nur begrenzte Kenntnisse über die Geologie der extrasolaren Planeten, so dass sie nicht sagen können, wie häufig natürliche Kernreaktoren auf anderen Welten sein könnten. Adam sagte, dass einige Elemente auf der frühen Erde, die diesen Reaktoren geholfen haben könnten, auf den Oberflächen anderer Planeten nicht so reichlich vorhanden sind.

Zum Beispiel spielten die Gezeitenkräfte des Mondes auf der Erde, die früher aufgrund der engeren Nähe des Mondes stärker waren als heute, eine entscheidende Rolle dabei, schwere Mineralien wie Uran 235 in dichten Flecken an Stränden zu sammeln, sagte Adam. Die Erde hatte sich auch in verschiedene Schichten differenziert, einschließlich einer Kruste und eines Mantels, die dabei halfen, die schweren radioaktiven Elemente auszusondern und zu konzentrieren.

Diese Eigenschaften, besonders die krustale Differenzierung wie auf der Erde, scheinen bei den anderen Planeten des Sonnensystems nicht so verbreitet zu sein, sagte Adam.

Aber nicht alle Experten sind pessimistisch über natürliche Kernreaktoren auf anderen Welten.

Der Plasmaphysiker John Brandenburg von Orbital Technologies Corp. analysierte die Ergebnisse des Mars Odyssey Orbiter der NASA, der mit verschiedenen Instrumenten, darunter einem Gammastrahlenspektrometer, die Oberfläche des Roten Planeten vermessen hat. Brandenburg sagt, dass die Ergebnisse der Gammastrahlen Beweise für eine Fülle von radioaktivem Uran, Thorium und Kalium zeigen, insbesondere an einem bestimmten Punkt auf dem Mars, was er einer großen Kernreaktion zuschreibt, die dort vor etwa einer halben Milliarde Jahren stattfand.

"Im Grunde sah es so aus, als wäre der Mars mit einer dicken Schicht radioaktiver Substanzen bedeckt, und auch die Atmosphäre war voller radiogener Produkte", sagte Brandenburg. "Es ist ein Kinderspiel zu diesem Zeitpunkt. Es scheint ein großes radiologisches Ereignis auf dem Mars gewesen zu sein und es scheint gewalttätig zu sein."

Wenn solch ein gewaltiges nukleares Ereignis eintreten würde, wäre es katastrophal für jedes aufkeimende Marsleben gewesen.

"Es wäre eine schreckliche Katastrophe gewesen", sagte Brandenburg. "Was auch immer die Biosphäre zu dieser Zeit auf dem Mars war, hat wahrscheinlich ein Massensterben erlitten und es hat wirklich das Leben auf dem Mars zurückgeworfen."

Allerdings haben viele Mars-Geologen den Vorschlag Brandenburgs mit Skepsis begrüßt.

"Diese Hypothese wird wahrscheinlich nicht wahr sein", schrieb William Boynton von der University of Arizona, Leiter des Mars-Odyssey-Spektrometers, in einer E-Mail. "Ja, wir haben sowohl Thorium als auch Uran gefunden, und sie sind natürliche Elemente, die überall gefunden werden. Die Menge variiert, aber die Erklärungen sind sehr banal."

Boynton sagte, er bezweifle, dass natürliche Kernreaktoren wie die in Gabun an anderer Stelle verbreitet sind.

"Der natürliche Reaktor in Afrika ist real, aber der Grund dafür war, dass er so selten ist", sagte Boynton. "Ich würde sagen, es ist fast unmöglich, dass irgendein natürlicher Reaktor irgendwo anders im Sonnensystem passiert ist. Es kann sein, dass es nur einmal auf der Erde passiert ist!"