Vor zweieinhalb und acht Millionen Jahren explodierten zwei Supernovae unweit von uns (nach astronomischen Maßstäben), was zum Abbau der Ozonschicht der Erde und zu zahlreichen unerwünschten Folgen für das Leben führen könnte. Insbesondere eine zweieinhalb Millionen Jahre alte Supernova hätte ein schwerer Schlag sein können. Das Pliozän, die heiße und milde Ära, endete und das Pleistozän, die Ära der Vereisung und Eiszeit, begann. Natürliche Variationen in der Erdumlaufbahn und im Wackeln würden wahrscheinlich den Klimawandel erklären, aber ein Supernova-Ereignis, das in dieser Zeit stattfand, wäre besser geeignet gewesen.
Es wird angenommen, dass die Supernova in 163-326 Lichtjahren Entfernung (50-100 Parsec) explodierte. Zum Vergleich: Unser nächster Sternnachbar, Proxima Centauri, ist 4,2 Lichtjahre entfernt.
Implikationen für die Erde
Supernovae können alle bewohnten Planeten in der Nähe sterilisieren, wenn sie der ionisierenden Strahlung im Wege stehen. Könnten diese Supernovae die bestehende Biologie unseres Planeten zerstören? Dr. Brian Thomas, Astrophysiker an der Washburn University in Kansas, entschied sich, dies sicher herauszufinden und modellierte die Konsequenzen für die Biologie auf der Erdoberfläche auf der Grundlage der geologischen Beweise von zwei Supernova-Explosionen vor 2,5 bzw. 8 Millionen Jahren. In seiner neuesten Arbeit untersuchte Thomas die Ausbreitung von kosmischen Supernova-Strahlen durch die Atmosphäre an die Oberfläche, um deren Auswirkungen auf lebende Organismen zu verstehen.
Wenn wir den Fossilienbestand während der Grenze zwischen Pliozän und Pleistozän (vor 2,5 Millionen Jahren) betrachten, sehen wir dramatische Veränderungen bei Fossilien und der globalen Bodenbedeckung. Thomas bemerkt, dass "es Veränderungen gegeben hat, insbesondere in Afrika, die eine Verschiebung von mehr bewaldetem zu Wiesenboden gezeigt haben." Gleichzeitig zeigt die geologische Aufzeichnung einen globalen Anstieg der Konzentration von Eisen-60, einem radioaktiven Isotop, das während einer Supernova-Explosion gebildet wird.
„Wir waren daran interessiert, wie explodierende Sterne das Leben auf der Erde beeinflussen können, und es stellte sich heraus, dass sich das Leben vor einigen Millionen Jahren stark verändert hat“, sagt Thomas. "Es könnte mit einer Supernova zusammenhängen."
Beispielsweise änderte sich an der Grenze zwischen Pliozän und Pleistozän die Anzahl der Arten. Trotz der Tatsache, dass es keine größeren Massensterben gab, wurden im Allgemeinen höhere Extinktionsraten beobachtet, die Arten selbst und die Vegetation veränderten sich.
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Nicht so tödlich
Wie könnte eine nahe gelegene Supernova das Leben auf der Erde beeinflussen? Thomas bemerkt mit Missfallen, dass Supernovae oft in einem solchen Licht ausgesetzt sind, dass "die Supernova ausbricht und alles stirbt", aber das ist nicht ganz richtig. Es dreht sich alles um die Atmosphäre. Die Ozonschicht schützt das biologische Leben vor schädlicher ultravioletter Strahlung der Sonne, die den genetischen Hintergrund verändert. Thomas hat Modelle des globalen Klimas, der Chemie der Atmosphäre und des Strahlungstransfers (der Ausbreitung von Strahlung in der Atmosphäre) zusammengestellt, um besser zu verstehen, wie eine Explosion der kosmischen Supernova-Strahlung die Erdatmosphäre, insbesondere die Ozonschicht, beeinflussen kann.
Es ist erwähnenswert, dass kosmische Supernova-Strahlen nicht alles auf ihrem Weg verbrennen. Das intergalaktische Medium wirkt als eine Art Sieb, das kosmische Strahlen und "radioaktiven Eisenregen" (von Eisen-60) für Hunderttausende von Jahren verlangsamt. Die hochenergetischen Teilchen werden die ersten sein, die auf der Erde ankommen, und werden anders mit unserer Atmosphäre interagieren als die niederenergetischen Teilchen, die später ankommen werden. Thomas simulierte den Abbau der Ozonschicht 100, 300 und 1000 Jahre nachdem die ersten Supernova-Partikel in die Atmosphäre gelangt waren. Seltsamerweise erreichte die Abnutzung nach 300 Jahren ihren Höhepunkt (26%).
Hochenergetische kosmische Strahlen für das 100-Jahres-Szenario sickern direkt durch die Stratosphäre und leiten ihre Energie unter die Ozonschicht ab, wodurch sie weniger abgebaut wird. Im 300-Jahres-Szenario tragen weniger energetische kosmische Strahlen mehr Energie in die Stratosphäre ein und bauen die Ozonschicht erheblich ab.
Der Ozonabbau ist eine ernsthafte Bedrohung für das Leben an der Oberfläche.
Gemischte Effekte
Thomas untersuchte mehrere mögliche verheerende Auswirkungen auf die Biologie (Erythem, Hautkrebs, Katarakte, Verlangsamung der Photosynthese des marinen Phytoplanktons und Schädigung von Pflanzen) in verschiedenen Breiten als Folge einer erhöhten UV-Strahlungsintensität, die durch eine Abnahme der Ozonschicht verursacht wird. Erhöhte Schäden traten in alle Richtungen auf und nahmen mit dem Breitengrad und im Einklang mit den im Fossilienbestand erhaltenen Änderungen zu. Allerdings waren nicht alle Folgen für Organismen gleichermaßen schädlich. Plankton, der Hauptproduzent von Sauerstoff, erlitt nur minimale Schäden. Darüber hinaus stieg das Risiko für Sonnenbrand und Hautkrebs beim Menschen geringfügig an.
Könnte eine nahe gelegene Supernova zu einem Massensterben führen? Es kommt darauf an, auf welche Seite man schaut, sagt Thomas: „Es gibt einen subtilen Unterschied zwischen‚ alles und alles zerstören 'und dem Leiden einzelner Organismen. Einige Pflanzen wie Sojabohnen und Weizen trugen zum Ertrag bei, während andere an Produktivität verloren. Und es spiegelte sich auch im Fossilienbestand wider.
Aber wie Supernovae die menschliche Evolution beeinflussen könnten - dieses Thema wird Thomas in seiner nächsten Arbeit behandeln.
Ilya Khel
