Entstehung von Universum, Erde und Leben: Eine wissenschaftliche Reise

Der Ursprung des Universums

Die Sonne ist ein gelber Stern am Rande der Galaxie der Milchstraße. Galaxien bestehen aus Galaxienhaufen von Milliarden von Sternen, die durch die Schwerkraft zusammengehalten werden. Vor dem Erscheinen des Universums war das Universum leer von Materie. Der Urknall (Big Bang) ist eine Theorie, die erklärt, wie das Universum entstand. Nach dem Urknall, der auf die große Expansion des Universums zurückzuführen ist, waren die Teilchen elementar. Anfangs kollidierten positiv geladene Teilchen in einem Meer von Photonen. Durch die Reaktion von Protonen und Neutronen wurden Heliumkerne gebildet, und Elektronen wurden durch Kernfusion zu neutralen Atomen. Die erste Mikrowellen-Energie, die durch Photonen bei einer Temperatur von 270 °C entstand, wurde 1965 von Penzias und Arno Wilson entdeckt.

Entstehung der Sterne

Wenn junger Wasserstoff (H) im Kern zu Helium (He) und Stickstoff (N) fusioniert, verursacht dies eine starke Konzentration aufgrund der Gravitation. Wenn der Stern eine geringe Masse hat, bewegt er sich und bildet einen Weißen Zwerg, der langsam abkühlt. Wenn die Produkte einen bestimmten Betrag der Fusion erreichen, stoppen die Kernreaktionen, und der Stern kontrahiert. Die massiven Sterne durchlaufen nachfolgende Phasen der Kernfusion. Die Fusion von Eisen (Fe) ist die letzte Phase, in der der Kern stabil ist und keine weitere Energie durch Kernfusion erzeugt, sondern absorbiert. Wenn der Druck des Sterns abnimmt, kollabiert der Stern und es kommt zu einer Supernova.

Entstehung der Erde

Die Entstehung des Sonnensystems beginnt mit dem sogenannten solaren Nebel, einer Wolke aus Staub und Gas, die durch die Einwirkung der Schwerkraft zu zerfallen begann. Kernfusion setzte ein, als die Sonne entstand. Der Rest wurde durch Zentrifugalkraft in einer abgeflachten Scheibe, der protoplanetaren Scheibe, verteilt. Planeten entstanden in der Scheibe durch einen Gravitations-Akkretionsprozess, so dass auch die Erde entstand. Der Kern des Planeten besteht aus einem Bereich von Eisen (Fe) und Nickel (Ni), darüber befindet sich der Mantel, der aus Silikatmineralien besteht, und schließlich die Kruste, die auf dem Mantel schwimmt. Die Kruste verfestigte sich, und die Ozeane entstanden vor etwa 4.400 Millionen Jahren (Ma). Vor 3.800 Ma entstand die Plattentektonik.

Plattentektonik

Plattentektonik beschreibt die Bewegungen der Erdkruste aufgrund hoher Temperaturen im Mantel. Durch diese Drift verschieben sich die Kontinente. Diese Erkenntnisse gehen auf die Arbeiten von Alfred Wegener zurück. Ein weiterer Beweis für die Kontinentalverschiebung ist das Magnetfeld der Erde. Auf beiden Seiten der ozeanischen Rücken wird Eisen (Fe) magnetisiert, wobei die Linien ein symmetrisches Muster zeigen.

Entstehung des Lebens

Es gibt verschiedene Theorien zur Entstehung des Lebens. Die präbiotische chemische Evolution, wie sie von Alexander Iwanowitsch Oparin in den 1920er Jahren postuliert wurde, besagt, dass organische Moleküle aus anorganischen Stoffen an der Erdoberfläche entstanden und sich zu den ersten primitiven Lebensformen entwickelten. Man geht von einer ursprünglichen Atmosphäre mit viel freier Energie und dem Fehlen einer Ozonschicht aus, so dass die UV-Strahlung deutlich höher war. Diese Theorie ist immer noch aktuell. Andere Theorien sind die von Cairns-Smith, die Tonmineral-Hypothese und die Eisen-Schwefel-Welt-Theorie von Wächtershäuser. In beiden Fällen geht man davon aus, dass anorganische Stoffe die Grundlage für die Entstehung des Lebens bildeten. In der Tonmineral-Hypothese entstand das Leben aus einem Duplizierungsprozess von anorganischen Molekülen in Tonmineralien. In der Eisen-Schwefel-Welt-Theorie spielte Pyrit eine wichtige Rolle als Katalysator für die Organisation zellulärer Strukturen. Diese Hypothese wurde durch die Entdeckung von Molekülen in hydrothermalen Quellen gestärkt. Diese und andere Prozesse führten zur Entstehung von Protozellen, definierten Einheiten, aus denen sich das Leben entwickelte.