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Kein anderer Planet im Sonnensystem außer der Erde weist Ozeane auf, dazu eine ausgewogene Verteilung von Kontinenten, Ozeanen und Flachmeeren und einen klimatisch stabilisierten Wasserkreislauf (neben anderen Stoffkreisläufen), der weite Gebiete des Planeten mit Wasser versorgt. Die Flachmeere mit lebensfreundlicher Sonneneinstrahlung und Nährstoffen im Boden sind besonders bioaktiv und von diesen aus hat das Leben im Laufe der Evolution die Kontinente erobert. Landmassen, Ozeanbecken und Schelfe dürften jene große Biodiversität erst ermöglicht haben, die wir heute auf der Erde antreffen. Wie entsteht ein solcher planetarer Körper und was sind die Bedingungen für seine lebensfreundliche Entwicklung? Schafft sich das Leben eventuell die Bedingungen selbst, unter denen es sich optimal entwickeln kann? Oder stabilisiert diese zumindest? Dazu muss die Biomasse natürlich so umfangreich sein, dass sie die Entwicklung eines Planeten nachhaltig beeinflussen kann.

Die Karte der Erdoberfläche zeigt einige Elemente der Plattentektonik, insbesondere Kontinente und Ozeanböden. Die Gebirgskette mitten im Atlantik ist ein mittelozeanischer Rücken, an dem ozeanische Kruste entsteht. Entlang des westlichen Kontinentalrandes Südamerikas verläuft ein Tiefseegraben und eine Subduktionszone, die unter den Kontinent reicht. Die Gebirgskette der Anden stellt frische kontinentale Kruste dar. (© NASA/USGS)Die Karte der Erdoberfläche zeigt einige Elemente der Plattentektonik, insbesondere Kontinente und Ozeanböden. Die Gebirgskette mitten im Atlantik ist ein mittelozeanischer Rücken, an dem ozeanische Kruste entsteht. Entlang des westlichen Kontinentalrandes Südamerikas verläuft ein Tiefseegraben und eine Subduktionszone, die unter den Kontinent reicht. Die Gebirgskette der Anden stellt frische kontinentale Kruste dar. (© NASA/USGS)Erstaunlicherweise ist vieles auf der Erde „gerade richtig“. Es gibt Landflächen und Ozeane und kontinuierlich andauernde vulkanische Aktivität. Ein Magnetfeld schützt die Atmosphäre vor Erosion und die Oberfläche vor allzu energetischen Teilchen aus dem Weltraum. Der Erdmond stabilisiert durch seine Gravitationswirkung die Rotationsachse und ermöglicht damit stabile Zonen gemäßigten Klimas. Durch Wasser beförderte Erosion insbesondere der Faltengebirge bindet Kohlendioxid und trägt zu Stoffkreisläufen bei, von denen neben dem Wasserzyklus der wichtigste der langzeitliche Silikat-Kohlenstoffzyklus ist. Wie ein Thermostat regelt dieser den Gehalt der Atmosphäre am Treibhausgas Kohlendioxid so, dass das Klima weitgehend stabil bleibt. Leider stören wir diesen Zyklus seit etwa hundert Jahren, indem wir in früheren Äonen gebundenen Kohlenstoff massiv freisetzen.

Vereinfacht kann man sich den Silikat-Kohlenstoffkreislauf so vorstellen: Steigt der Gehalt an Kohlendioxid beispielsweise durch vermehrte vulkanische Aktivität an, so erhöht sich die mittlere Temperatur der Atmosphäre als Folge eines verstärkten Treibhauseffekts. Dadurch verdampft mehr Wasser, was zu einer erhöhten Niederschlagsaktivität führt, wodurch Kohlendioxid ausgewaschen und über verstärkte Erosion auf Kontinenten in Sedimentgestein gebunden wird. Von dort werden die Sedimente zu den Ozeanen transportiert und in sogenannten Subduktionszonen bei Tiefseegräben mit dem gebundenen Kohlenstoff wieder ins Erdinnere zurückgeführt, wodurch der Kreislauf geschlossen wird. Darüber hinaus wird Kohlenstoff durch das Wachstum der Pflanzen gebunden. Hätte eine Erde, die fast vollständig von Ozeanen bedeckt wäre, oder eine Erde, die fast vollständig von Landmassen bedeckt wäre, eine ähnliche biologische Entwicklung genommen? Forschungsarbeiten am DLR-Institut für Planetenforschung legen den Schluss nahe, dass beide „Erden“ physikalisch möglich gewesen wären, wären die Startbedingungen der Erde nur wenig anders gewesen.

Der faszinierende Gedanke, dass das Leben selbst die Erde lebensfreundlich halten könnte, ist schon wiederholt geäußert worden. In vielen Überlegungen spielt die Plattentektonik dabei eine wesentliche Rolle. Diese Art Tektonik kennen wir interessanterweise bisher nur von der Erde. Die Plattentektonik als Theoriegebäude kann die wesentlichen Beobachtungen der Geologie unter Einschluss der Entstehung und der Drift der Kontinente weitgehend zwanglos erklären. Demnach besteht die Erdkruste aus sieben größeren Gesteinsplatten, von denen einige Kontinente tragen und andere lediglich aus ozeanischer, basaltischer Kruste bestehen. Die Platten verschieben sich gegeneinander; an sogenannten mittelozeanischen Rücken wird neue basaltische Kruste gebildet und an Subduktionszonen werden die Platten wieder in das Erdinnere zurückgeführt. Kontinentales Krustengestein entsteht durch Vulkanismus an den Subduktionszonen, wobei basaltisches Krustengestein, Wasser und Sedimentgestein zu frischer kontinentaler Kruste verarbeitet wird. Während die ozeanische, basaltische Kruste vollständig an dem Stoffkreislauf der Plattentektonik teilnimmt, schwimmt die leichtere kontinentale, granitische Kruste auf und nimmt an dem Stoffkreislauf nur eingeschränkt über den Sedimenttransport teil.

Vulkanismus und Erdbebentätigkeit entlang der Plattengrenzen sind die für den Menschen spürbaren Folgen der Plattentektonik. Die Erneuerung des Krustengesteins sorgt für Nachschub an mineralischen Nährstoffen, die für das Leben unerlässlich sind. Darüber hinaus kühlt die Plattentektonik das Erdinnere effektiv und ermöglicht somit die langfristige Existenz des Magnetfelds. Auf dem Mars beispielsweise gibt es dieses schützende Magnetfeld, zumindest heute, nicht.

Der beschriebene Stoffaustausch zwischen dem Erdinneren und dem Krustengestein im Rahmen der Plattentektonik umfasst die flüchtigeren Bestandteile wie Wasser und Kohlendioxid, die entweder im Gestein chemisch gebunden sind oder in Sedimenten transportiert werden. Dadurch sind der weiter oben beschriebene langzeitliche Silikat-Kohlenstoffzyklus und der Wasserkreislauf Elemente des Stoffkreislaufs der Plattentektonik. Über die Verwitterung und Sedimentbildung kann die Biosphäre in den Stoffkreislauf eingreifen, in dem sie einerseits Verwitterung befördert und andererseits hilft, flüchtige Stoffe chemisch zu binden. Auf diese Weise könnte die geologisch beobachtete Konstanz der ausgewogenen Verteilung zwischen Landmassen und Ozeanen erklärt werden, die sich zeitlich eigentlich hin zu abnehmenden Kontinentalflächen entwickeln müsste. Denn während die Verwitterungsrate mit der Kontinentalfläche zunehmen sollte, müsste die Krustenbildungsrate mit der Zeit und dem Abkühlen des Planeten abnehmen. Diese Abnahme kann aber durch vermehrten Wassertransport ins Erdinnere kompensiert werden, da die vulkanische Aktivität und die Stofftransportrate der Plattentektonik sowohl von der Temperatur als auch vom Wassergehalt des Erdinnern abhängen.

Leider müssen wir festhalten, dass uns an dieser Stelle noch ein genügend tiefes Verständnis für zwei wesentliche Dinge fehlt: Einerseits haben wir kein wirklich allgemein akzeptiertes Verständnis dessen, was Leben eigentlich ist, wie es entsteht und wie es mit der Erde in Wechselwirkung tritt. Andererseits verstehen wir nicht in genügender Tiefe, wie Plattentektonik entsteht und wie lange diese auf der Erde schon aktiv war. Positiv betrachtet sehen wir hier ausgesprochen spannende Forschungsfelder!