Welche Sauerstoffkonzentration in einer Planetenatmosphäre würde auf Leben hinweisen?

Ich würde argumentieren, dass kein bestimmter Gehalt an molekularem oder atomarem Sauerstoff in der Atmosphäre auf kohlenstoffbasiertes Leben hinweist (dh Leben, wie wir es auf der Erde kennen). Ein Planet könnte eine sauerstoffreiche Atmosphäre haben, was auf natürlich vorkommende thermochemische Reaktionen (z. B. Sabatier / Bosch -Reaktion), den Verlust von Wasserstoff im Wasserdampf durch atmosphärisches Entweichen und das Halten des schwereren Sauerstoffs zurückzuführen sein könnte, selbst durch thermische / magmatische Freisetzung von Sauerstoff in Oxidmineralien .

Auf der anderen Seite kennen wir auch anaerobe Organismen , von denen einige ( obligatorische Anaerobier ) keine sauerstoffreiche Umgebung vertragen und durch ihre Anwesenheit in nennenswerten Konzentrationen im Wesentlichen getötet werden. Wir haben also beide Kontrollenden mit einer nicht indikativen Korrelation; kohlenstoffbasiertes Leben könnte auch ohne molekularen oder atomaren Sauerstoff in der Umwelt existieren und es entstehen Lebensformen, die ihn nicht direkt in ihrem Stoffwechsel verwerten und nicht als Stoffwechselnebenprodukt freisetzen, und gleichzeitig hohe Konzentrationen von Luftsauerstoff kann auch andere, anorganische Ursachen haben.

Interessanter als die durchschnittliche Messung der atmosphärischen Zusammensetzung und der darin enthaltenen Sauerstoffmenge könnte jedoch die Messung von Änderungen der atmosphärischen Zusammensetzung während der Tageszyklen des Planeten, jahreszeitlicher Veränderungen und die Feststellung sein, dass sie möglicherweise eine Rolle im Stoffwechsel von kohlenstoffbasiertem Leben spielt. Andere metabolische Nebenprodukte könnten möglicherweise eher auf die Aktivität des Lebens hinweisen, wie z. B. Spuren von Methan, die durch Methanogenese entstehen könnten und deren Konzentration sich ändert, wenn sich die Umgebung täglich oder saisonal ändert. Das sich periodisch ändernde Verhältnis anderer atmosphärischer Gase, selbst in Spurenmengen, und die Änderungen können nicht durch anorganische Prozesse erklärt werden, könnten ebenfalls mehr auf Leben hinweisen als das Vorhandensein von Sauerstoff selbst.

Wie @TidalWave sagte, ist kein spezifischer Sauerstoffgehalt allein ausreichend, um potenziell auf Leben hinzuweisen. Basierend auf diesem Artikel suchen Astronomen jedoch nach der Kombination von Sauerstoff und Methan in einer einzigen Atmosphäre.

Sowohl Sauerstoff als auch Methan können unabhängig voneinander durch nicht lebende Prozesse erzeugt werden, daher ist ihre individuelle Anwesenheit von geringem Interesse. Was Wissenschaftler suchen, ist beides in der Atmosphäre eines einzigen Körpers. Wenn diese reaktiven Gase nicht ständig von Lebewesen nachgefüllt werden, reagieren sie miteinander und erzeugen Kohlendioxid und Wasser. Daher sollten wir sie nicht ohne eine große, lebende Quelle in derselben Atmosphäre beobachten.

Der Artikel selbst handelt von einer Studie, die darauf hindeutet, dass wir getäuscht werden können, indem wir beide Signaturen von einem Exoplaneten mit einem Exomond mit entgegengesetzten Atmosphären (dh eine ist O2, die andere ist CH4) erkennen, und ist ziemlich interessant.

Das erste Drittel der eigenen Existenz der Erde hatte vernachlässigbaren atmosphärischen Sauerstoff. (Einfaches) Leben existierte während einiger hundert Millionen Jahre dieser Periode. Luftsauerstoff korreliert also nicht mit dem Leben auf einem Planeten.

Sauerstoff ist ein sehr reaktives Element. Gasförmiger Sauerstoff verbindet sich schnell mit anderen Elementen. Wenn in der Atmosphäre eine große Menge an freiem Sauerstoff vorhanden ist, ist es vernünftig anzunehmen, dass es einen Prozess gibt, der ihn kontinuierlich freisetzt, um das auszugleichen, was durch Oxidation verloren geht.

Auf unserem Planeten ist dieser Prozess die Photosynthese, die von lebenden Pflanzen durchgeführt wird.

Das bedeutet nicht, dass kein anderer Mechanismus möglich ist, aber es legt nahe, dass ETWAS Ungewöhnliches und Interessantes vor sich geht, das eine Reaktion gegen ihren natürlichen Fluss zurücktreibt.

Sauerstoff macht etwa 1 % der Masse des Universums aus. Das deutet darauf hin, dass Sie bei einer zufälligen Masseprobe im gesamten Universum erwarten würden, 1% Sauerstoff zu sehen. Nun wären Sie natürlich nicht überrascht, höhere Konzentrationen und niedrigere Konzentrationen in einer bestimmten Probe zu sehen, aber je größer Ihre Probengröße ist, desto wahrscheinlicher ist es, dass sich der Wert 1 % nähert.

Die Atmosphäre eines felsigen Planeten wie der Erde ist ein winziger Bruchteil der Masse des Planeten (8,6134 × 10 ^ -5 % für die Erde). Wenn wir jedoch davon ausgehen, dass der Sauerstoffgehalt im Kern und auf der Oberfläche eines felsigen Planeten ohne Leben ähnlich ist, können wir leicht annehmen, dass jeder gegebene leblose Planet etwa 1% Sauerstoff in der Atmosphäre haben sollte.

Jetzt ist es ein Problem, die Varianz oder Standardabweichung des Sauerstoffs in der Planetenatmosphäre herauszufinden. Ich habe dieses Papier gefunden , das anscheinend auf Daten für eine große Anzahl von Exoplaneten basiert. Das Problem ist, dass die Daten nicht geteilt werden, sondern nur die Ergebnisse. In Tabelle 1 dieser Veröffentlichung werden Daten für drei verschiedene Arten von Exoplaneten gezeigt. Wir könnten die Varianz darauf basierend berechnen, aber die Varianz von 3 Datenpunkten ist nicht sehr genau.

Es kommt in meinen Augen auf zwei Aspekte an. Können Sie den Sauerstoffgehalt zunächst einer anderen Quelle zuordnen? Zweitens ist der Sauerstoffgehalt hoch genug, um auf Leben hinzuweisen. Es wird niemals eine Garantie aus dieser Art von Beobachtung sein, also müssen Sie wirklich wissen, wie selbstbewusst Sie sein möchten. Sobald Sie Ihr Konfidenzniveau kennen, können Sie Ihr Konfidenzintervall basierend auf der Standardabweichung des Sauerstoffgehalts von Exoplaneten berechnen. Aber selbst dies hängt davon ab, wie wahrscheinlich Exoplaneten Ihrer Meinung nach Leben unterstützen. Wenn es sehr unwahrscheinlich ist, können Sie zuversichtlicher sein, wenn Sie nur ein paar ähnliche Beobachtungen des Sauerstoffgehalts haben. Wenn es sehr wahrscheinlich ist, würden Sie erwarten, dass die meisten Beobachtungen einen hohen Sauerstoffgehalt haben.