Die Bedeutung von Blitzen für Leben auf der frühen Erde

Blitze im Labor

Um zu untersuchen, wie Blitze Stickstoff für Lebewesen verfügbar machen können, haben Forscher:innen an der University of St Andrews in Schottland, gemeinsam mit Kolleg:innen vom IWF in Graz und von der Brown University in den USA, Blitzexperimente durchgeführt. Dabei wurden Glaskolben mit Wasser und verschiedenen Gasgemischen gefüllt, um die Atmosphäre der heutigen sowie die der frühen Erde zu imitierten. Diese Gase wurden elektrischen Entladungen von knapp 50.000 Volt ausgesetzt und es wurde untersucht, wie sich die Zusammensetzung des Gases durch die Blitze ändert. Von besonderem Interesse waren für die Forscher:innen die Konzentrationen der produzierten Stickstoffmoleküle: Stickoxide, Nitrit und Nitrat.

Blitze als Nährstofflieferant

"Blitze sind eine mögliche Nährstoffquelle für Leben auf der frühen Erde und auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems", sagt Patrick Barth.

"Unsere Ergebnisse zeigen, dass Blitze Stickoxide effizient in der CO₂-reichen Atmosphäre der frühen Erde erzeugen können. Diese sind eine mögliche Nährstoffquelle für Leben auf der frühen Erde und auf Planeten außerhalb unseres Sonnensystems", sagt Patrick Barth, Erstautor der Studie und Doktorand am IWF und dem St Andrews Centre for Exoplanet Science (StA-CES).

Allerdings zeigt die Analyse von Stickstoffmolekülen in Gesteinsproben von der frühen Erde nicht die Isotopenzusammensetzung, die die Wissenschaftler:innen in ihren Blitzexperimenten gefunden haben. Dies legt nahe, dass Blitze kein wesentlicher Stickstofflieferant für die ersten Lebensformen auf der Erde waren. Stattdessen liefert dieses Ergebnis einen weiteren Hinweis darauf, dass Mikroorganismen schon vor mindestens 3,8 Milliarden Jahren für die Bereitstellung von Stickstoff verantwortlich gewesen sein müssten.

"Es gibt Gesteinsproben, deren Isotopenzusammensetzung teilweise durch Blitze erklärt werden kann", so Eva Stüeken.

"Es gibt jedoch Gesteinsproben aus dem Isua-Grünsteingürtel in Grönland, deren Isotopenzusammensetzung teilweise durch Blitze erklärt werden kann", so Zweitautorin Eva Stüeken, Dozentin an der University of St Andrews. Dies zeigt, dass Blitze möglicherweise die ersten Lebensformen auf der Erde zumindest unterstützt haben. "Mit Hilfe dieser Ergebnisse könnte auch der Ursprung von Nitratproben auf dem Mars erklärt werden", ergänzt Barth.

Von Science zu Science Fiction

"Interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Exoplanetenforschung, auch über die Grenzen der Naturwissenschaften hinaus, ist wichtig", betont Christiane Helling.

Diese Arbeit inspirierte Emma Johanna Puranen, Doktorandin am StA-CES, zu ihrer Kurzgeschichte A Spark in a Flask, in der ein Roboter auf dem Mond eine Anlage mit Blitzexperimenten betreut. Diese Geschichte erschien in der Science-Fiction-Sammlung Around Distant Suns. Christiane Helling, Direktorin des IWF und Mitbegründerin von StA-CES, merkt dazu an: "Interdisziplinäre Zusammenarbeit in der Exoplanetenforschung, auch über die Grenzen der Naturwissenschaften hinaus, ist wichtig, da die Suche nach und die Erforschung von Leben außerhalb der Erde ethische und philosophische Konsequenzen für das Leben auf der Erde hat."

Wissenschaft und Kunst

Das IWF ist mit Video-Beiträgen von Wissenschaftler:innen zum Thema Atmosphären und der Suche nach Leben in der Ausstellung im Mobilen Pavillon der Steiermark Schau 2023 beteiligt. Darunter findet sich auch ein Beitrag von Patrick Barth zu Blitzen in den Atmosphären von Exoplaneten.

Barths Arbeit inspirierte den Künstler Markus Jeschaunig zu seinem Werk Electric Atmospheres. „Ein Ziel des Mobilen Pavillons, der für Besucher frei zugänglich ist, ist die außerordentliche Besonderheit der Erdatmosphäre im astronomischen Kontext zu reflektieren“, fasst Christiane Helling zusammen.