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Tod aus dem All

Astronomie|Physik Erde|Umwelt

Tod aus dem All
Im Weltraum lauern etliche Gefahren, die den globalen Overkill zur Folge hätten. Obwohl die Wahrscheinlichkeit gering ist, könnte es schon morgen so weit sein.

„Die Himmel werden wie Rauch zerfetzt werden, und die Erde wird zerfallen wie ein Kleid, und ihre Bewohner werden dahinsterben wie Mücken“, prophezeite Jesaja im Alten Testament. Seit einem halben Jahrhundert hat die Menschheit als erste Spezies auf der Erde die Möglichkeit, den Untergang selbst herbeizuführen – was etliche Wissenschaftler für durchaus wahrscheinlich halten. Wenn sie sich allerdings nicht selbst ausradiert oder auf ein steinzeitliches Niveau zurückbombt, wird ihr Schicksal durch irdische Naturkatastrophen kaum zu besiegeln sein. Denn selbst Massenkiller wie Hurrikane, Vulkanausbrüche, Erdbeben und Tsunamis können Hunderttausende oder gar Millionen Menschen töten – aber wohl nicht alle. Von Supervulkanen einmal abgesehen, droht das Inferno viel eher aus dem All.

Supervulkane

Die größte Gefahr von Mutter Erde für ihre Kinder sind Supervulkane. Sie werden von vielen Tausend Quadratkilometer großen und bis zu 20 Kilometer tiefen Magma-Reservoirs gespeist, und ein Ausbruch bläst so viel Asche in die Luft, dass ganz Deutschland von einer mehreren Meter hohen Schicht bedeckt würde. Jahrelang wäre die Lichteinstrahlung auf die Erde vermindert – mit verheerenden Folgen für das Klima. Unlängst warnte die Geological Society of London in einem von der britischen Regierung beauftragten Gutachten vor der Bedrohung. Es gibt zahlreiche Gefahrenherde, und zwei potenzielle Supervulkane schlummern unter Europa – unter den Phlegräischen Feldern bei Neapel und im östlichen Mittelmeer in der Nähe der Insel Kos.

Die globalen Folgen eines Supervulkanausbruchs für Landwirtschaft und Ökonomie wären katastrophal. Aber die Menschheit würde wohl nicht vollkommen aussterben. Tatsächlich hat sie schon mindestens zwei Supervulkanausbrüche überlebt: Vor 26 500 Jahren explodierte der Taupo auf Neuseeland und vor 74 000 Jahren der Toba auf Sumatra. Zu vergleichbaren Eruptionen kommt es nur alle 500 000 Jahre, schätzen die britischen Forscher, aber für kleinere Supervulkane beträgt die Ausbruchswahrscheinlichkeit in diesem Jahrhundert beängstigende 1 zu 6.

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Meteoriteneinschläge

Alle anderen großen natürlichen Gefahren für den Untergang der Menschheit sind außerirdischen Ursprungs. Am besten erforscht und auch am bedrohlichsten ist der Einschlag eines großen Meteoriten. Brocken von zehn Kilometer Durchmesser – vergleichbar mit dem himmlischen Totschläger, der vor 65 Millionen Jahren das Massenaussterben ausgelöst haben soll, dem unter anderem die Dinosaurier zum Opfer fielen – wären sehr wahrscheinlich tödlich. Allerdings kann sich die Menschheit bereits heute vor einem solchen globalen Overkill technologisch schützen: Durch eine sorgfältige Beobachtung und Bahnbestimmung der größten Erdbahnkreuzer. Es sind ein paar Tausend, die irgendwann auf Kollisionskurs kommen könnten. Ihre Bahnen lassen sich durch die Explosion von Neutronenbomben, durch Laserbeschuss, Sonnensegel oder Raketenmotoren ausreichend verändern, um sie aus der Gefahrenzone zu lenken – vorausgesetzt, sie werden frühzeitig aufgespürt.

Allerdings geben auch die besten astronomischen Suchprojekte keine Überlebensgarantie. Immer wieder kommen Kometen aus den Außenbezirken des Sonnensystems in Erdnähe. Nähern sie sich aus Richtung Sonne, lassen sie sich lange Zeit nicht beobachten. Und fliegt gar ein Nachbarstern in einer Distanz von einem Lichtjahr oder weniger vorüber – was im Lauf der Jahrhundertmillionen durchaus geschieht –, würde sein Schwerkraft-Einfluss die Oort’s che Kometenwolke durcheinander wirbeln, die das Sonnensystem kugelschalenförmig umhüllt. Die unerquicklichen Folgen: Eine große Zahl von Kometen würde ins innere Sonnensystem geschleudert, und auch die Erde würde zur Zielscheibe.

Ähnliche Auswirkungen könnten galaktische Gaswolken haben. Mit ihnen kollidiert das Sonnensystem immer wieder, wenn es auf seiner Karussellbahn um den Mittelpunkt der Milchstraße die Galaktische Ebene durchstößt.

Dass die Erde im Lauf der nächsten zwei Jahrmilliarden beim Vorbeiflug eines anderen Sterns aus dem Sonnensystem herausgeschleudert wird, ist ebenfalls möglich. Die Wahrscheinlichkeit dafür beträgt freilich nur 1 zu 100 000.

Sonne

Trotz ihrer lebensspendenden Energie ist auch unsere Sonne langfristig eine Gefahr. Denn ihre Strahlungsleistung bleibt nicht gleich. Kurzfristige Schwankungen der Solarkonstanten – der auf die Erde eintreffenden Sonnenenergie – sind nicht global tödlich, auch wenn sich dadurch die Durchschnittstemperaturen und die Strahlenbelastung signifikant ändern können. Doch mit der Zeit wird die Sonne immer heißer. Irgendwann kann der so genannte biogeochemische Kohlenstoff-Zyklus – ein komplexes Wechselspiel von biologischen, geologischen und klimatischen Reaktionen – auf der Erde diesen Temperaturanstieg nicht mehr ausgleichen. Bevor die Ozeane verdampfen, wird das Kohlendioxid rar, die Pflanzen ersticken und ihre Photosynthese kommt zum Erliegen – dann geht dem Leben die Nahrung aus. Bis dahin dürften aber noch 0,5 bis 1 Milliarde Jahre verstreichen.

Doch selbst wenn sich die Nachfahren der Menschheit dagegen wappnen könnten: In sieben Milliarden Jahren ist der nukleare Brennstoff der Sonne verbraucht. Zuvor bläht sie sich zum Roten Riesen auf und röstet die Erde. Spätestens dann ist das Drama des Lebens auf unserem Planeten zu Ende – Auswandern ins All wäre die einzige Rettung.

Supernovae

Bevor es soweit ist, gilt es freilich noch Gefahren aus größerer Distanz zu meistern: In der Milchstraße ticken zahlreiche Zeitbomben, die irgendwann unweigerlich explodieren. Vielleicht sind schon früher welche detoniert und haben das irdische Leben an den Abgrund getrieben, auch wenn es dafür keine Belege gibt.

Ein solcher galaktischer Gefahrenherd sind Supernovae. Der amerikanische Physiker Melvin A. Ruderman von der Columbia University hat schon 1974 überschlagen, dass alle paar Hundert Millionen Jahre ein Riesenstern im Umkreis von 30 Lichtjahren explodiert und die Ozonschicht der irdischen Atmosphäre für einige Hundert Jahre zerstören könnte. Denn die über Monate hinweg eintreffende hochenergetische Strahlung führt zu chemischen Reaktionen in der Stratosphäre. Dabei entsteht Stickstoffmonoxid in großer Menge, das mit Ozon zu Stickstoffdioxid und Sauerstoff reagiert.

John Ellis vom CERN und der inzwischen verstorbene David N. Schramm von der University of Chicago haben Rudermans Abschätzungen 1995 verfeinert. Auch diese Physiker kamen zu dem Schluss, dass etwa alle 250 Millionen Jahre eine Supernova in höchstens 30 Lichtjahren Entfernung ausbricht. Das hätte einen Energiefluss von 1039 Joule über ein paar Monate hinweg zur Folge. Fernere Sternexplosionen sind aufgrund der Distanz und filternden Wirkung des intergalaktischen Mediums nicht mehr so gefährlich, nähere hingegen extrem selten.

Wann und wo die nächste Supernova in der Nachbarschaft explodiert, ist schwer zu sagen. Ein für Astronomen brisanter Schauplatz ist die gegenwärtig rund 500 Lichtjahre entfernte Scorpius-Centaurus-OB-Assoziation. Einer Analyse von Narciso Benítez (Johns Hopkins University, Baltimore) und seinen Kollegen zufolge, sind dort 20 Riesensterne in den letzten elf Millionen Jahren explodiert, einige davon in nur 120 Lichtjahren Abstand. In solchen Ansammlungen von Riesensternen des OB-Spektraltyps ereignen sich 20 Prozent aller Supernovae.

Gammastrahlen-Ausbrüche

Obwohl viel weiter entfernt als Supernovae, haben kosmische Gammastrahlen-Ausbrüche (gamma-ray bursts, GRBs) ähnlich verheerende Auswirkungen. Darauf hat der amerikanische Physiker Stephen Thorsett von der University of California in Santa Cruz erstmals 1995 hingewiesen, als er noch an der Princeton University forschte. GRBs werden auch Hypernovae genannt, weil es sich sehr wahrscheinlich um die Explosionen von Riesensternen handelt, die viel mehr Energie als eine Supernova abstrahlen – aber nicht in alle Richtungen zugleich, sondern wie ein Leuchtturm in zwei gegenüberliegende, kegelförmige Gebiete. Die heute beobachtbaren GRBs stammen aus fernen Galaxien, denn die Rate beträgt nur etwa 1,5 . 107 pro Galaxie und Jahr. Somit sollte sich im Lauf der letzten Jahrmilliarde mindestens ein GRB im Umkreis von 6000 Lichtjahren ereignet haben.

GRBs sind etwas seltener als Supernovae, schießen aber mehr Energie innerhalb einer kürzeren Zeitspanne zur Erde. Brian C. Thomas und Adrian L. Melott von der University of Kansas haben mit ihren Mitarbeitern vor wenigen Monaten die Folgen abgeschätzt. Ein 10-Sekunden-Burst liefert 100 Kilojoule Energie pro Quadratmeter. Im Ultravioletten entspricht das der siebenfachen Strahlungsintensität an einem Sonnentag, was allerdings noch keine dramatischen Folgen hätte. Die längerfristigen Effekte wären jedoch verheerend. Ein 6000 Lichtjahre entfernter GRB könnte 1013 Ionisationen pro Kubikzentimeter verursachen. Zum Vergleich: Die stärkste Sonneneruption in den letzten Jahren war 10 000-mal schwächer. Und schon sie hat die Ozon-Schicht in der Stratosphäre um 4 Prozent verringert. Ein GRB könnte sie um 35 Prozent reduzieren, in manchen Breiten – erst am Äquator, dann auf der Südhalbkugel – sogar um bis zu 55 Prozent. Und das würde einige Jahre lang anhalten.

Über 90 Prozent der UV-B-Strahlung (Wellenlängen von 280 bis 320 Nanometer) von der Sonne wird gegenwärtig vom stratosphärischen Ozon verschluckt und erreicht deshalb nicht die Erdoberfläche. Ein Ozon-Verlust von 50 Prozent bedeutet eine Verdreifachung der eintreffenden UV-B-Strahlung.

Weil die Erbsubstanz DNA die UV-B-Strahlung besonders stark absorbiert, also durch sie leicht geschädigt werden kann, wäre ein UV-B-Anstieg um 10 bis 30 Prozent tödlich für viele Organismen – besonders für das Phytoplankton in den Meeren. Da dieses die Hälfte der irdischen Photosynthese leistet, ist es die Basis für weite Teile der Nahrungskette.

Thomas und Melott spekulieren, dass das verheerende Massenaussterben am Ende des Ordoviziums vor 440 Millionen Jahren auf das Konto eines GRBs ging. Damals starben viele wirbellosen Tiere aus, besonders Plankton-Lebensformen, weniger hingegen Organismen im Untergrund oder im tieferen Meer. Dies passt zu den mutmaßlichen GRB-Auswirkungen. Im Ordovizium gab es zwei große Aussterbeereignisse in nur 0,5 bis 2 Millionen Jahren Abstand: zunächst eine rasche globale Abkühlung, dann eine ebenso schnelle weltweite Erwärmung. „Die Reduktion der globalen Temperaturen durch Stickstoffdioxid könnte die Ordovizium-Eiszeit ausgelöst haben, die plötzlich mitten in einer Periode hoher klimatischer Stabilität auftrat“, überlegt Melott. Stickstoffdioxid, ein braunrotes Gas, das sich durch die vom GRB in die Atmosphäre übertragene Energie gebildet haben müsste, hätte einen Teil des einfallenden Sonnenlichts abgeblockt und so die Temperaturen sinken lassen. „Möglich ist auch, dass GRBs zu anderen Massenaussterben beigetragen haben, oder dass fernere GRBs geringere Effekte hatten“, sagt Melott.

Eine Überprüfung der GRB-Hypothese ist nicht einfach. Immerhin lässt sie sich als Killerfaktor ausschließen, wenn in einer geologischen Schicht, die von einem Massenaussterben zeugt, ein hoher Iridium-Gehalt gefunden wird (Indiz für einen Meteoriteneinschlag) oder ein Überschuss von Isotopen wie Plutonium-244 (Indiz für eine Supernova).

Kosmische Strahlenbelastung

Auch tote Sterne bergen gewaltige Vernichtungskräfte – wenn sie nämlich zu einem Schwarzen Loch verschmelzen. Das geschieht alle 10 000 bis 100 000 Jahre in unserer Milchstraße. Zunächst umkreisen sich zwei Neutronensterne, die ultradichten Ruinen kollabierter Sternkerne, immer enger. Das wurde bei den vier bekannten Neutronenstern-Paaren bereits gemessen. Der Grund der Annäherung ist die Abstrahlung von Gravitationswellen. Schließlich verschmelzen die beiden Sterne. Dabei werden nicht nur elektromagnetische Strahlen freigesetzt, sondern auch Ströme aus stark beschleunigten Partikeln. Diese so genannten Jets können aufgrund der galaktischen Magnetfelder die Erde nur erreichen, wenn sie nicht mehr als etwa 3000 Lichtjahre zurücklegen müssen. Das haben Arnon Dar, Ari Laor und Nir J. Shaviv vom Israel Institute of Technology in Haifa schon 1996 ausgerechnet. Sie schätzten auch die Folgen eines solchen Ereignisses ab.

Ein Jet von einer 3000 Lichtjahre entfernten Quelle überträgt auf die Erde eine Gesamtenergie von einer Billion Gigaelektronenvolt pro Quadratzentimeter. Das ist so viel wie die durchschnittliche galaktische Strahlenbelastung innerhalb von 100 000 Jahren. Aber: Die Energie der einzelnen Jet-Partikel ist 1000-mal höher. Kollidieren die Teilchen mit Atomen in der Erdatmosphäre, dann entstehen Myonen, von denen etwa eine Billion auf einen Quadratzentimeter Erdoberfläche prasseln. Das ist das Hundertfache der Lethaldosis für einen Menschen. Sie ist so definiert, dass bei ihr binnen 30 Tagen die Hälfte aller Bestrahlten sterben. Manche Wirbeltiere haben zwar eine höhere Widerstandskraft, Insekten sogar teilweise um das 20fache. Doch ein derartiger Myonen-Schauer würde die meisten Organismen binnen weniger Monate dahinraffen. Er dringt Hunderte von Metern tief in den Boden oder ins Meer ein. Zwar liegt die Hälfte der Erde im Strahlenschatten, doch sie rotiert – und die Wirkung eines solchen Jets erstreckt sich über einen Zeitraum von einem Tag bis zwei Monate, der Strahlenschatten besteht also nicht lange genug.

Auch die Ozonschicht würde ruiniert. Außerdem träfe eine große Menge an radioaktiven Elementen auf die Erde, was das Leben zusätzlich schädigen würde. Die Kruste der Neutronensterne besteht nämlich überwiegend aus Eisen und anderen schweren Elementen, so dass sich durch Kernverschmelzungsprozesse bei der Kollision auch die schwersten Elemente bilden können.

Arnon Dar und seine Kollegen schätzen, dass ein solcher Todesjet die Erde ungefähr alle 100 Millionen Jahre trifft – was gut mit der Häufigkeit der fünf großen Massenaussterben in der Erdgeschichte korrespondiert. Möglicherweise wurde eines (oder mehrere) von einer solchen Teilchen-Salve aus dem All verursacht. Und weiter entfernte Jets könnten zu weniger gravierenden Ereignissen beigetragen haben, die auch viele Arten von der irdischen Bühne gefegt hätten.

Diese Hypothese lässt sich überprüfen. Fände man in den entsprechenden geologischen Schichten eine Häufung von Nukliden wie Jod-129, Samarium-146, Blei-205 und Plutonium-244 (die Halbwertszeiten zwischen 15 und 146 Millionen Jahren haben) oder die Einschlagsspuren hochenergetischer Partikel in Erd- und Mondgestein, dann wäre die kosmische Strahlenbelastung dingfest gemacht. In jedem Fall ist es ratsam, nach Doppel-Neutronensternen Ausschau zu halten. Eine Kollision würde einen Gammastrahlen-Blitz erzeugen, der als Warnsignal einige Tage vor dem Todesjet auf der Erde einträfe. Wer sich dann nicht für einige Wochen in Bunkern tief im Erdinnern verschanzt, wäre höchstwahrscheinlich verloren.

Rüdiger Vaas

Ohne Titel

• Wenn sich die Menschheit nicht selbst vernichtet, kann sie noch lange Zeit auf der Erde leben.

• Doch in den nächsten paar Hundert Millionen Jahren droht dem Leben gleich ein ganzes Bündel von tödlichen Gefahren aus dem All: Meteoriteneinschläge, Sternexplosionen und die vernichtende Teilchenstrahlung von kollidierenden Neutronensternen.

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