Die Erdatmosphäre und die Gaia-Hypothese

Thermosphäre und Ionosphäre

Sie reicht von 80 bis 600 km Höhe und grenzt mit der Thermopause an die Exosphäre. Sie wird so genannt, weil die meisten der vorhandenen Moleküle durch die Absorption hochenergetischer Sonnenstrahlung (Gammastrahlen, Röntgenstrahlen und Ultraviolettstrahlung) ionisiert werden. Dies führt zum Verlust von Elektronen bei Stickstoff und Sauerstoff (positiv geladene Ionen). Die freigesetzten Elektronen erzeugen elektrische Felder in dieser Schicht und setzen Wärme frei (Filterfunktion).

• In der Ionosphäre sammeln sich positive Ladungen an, während an der Erdoberfläche negative Ladungen entstehen.
• Stürme bilden sich innerhalb eines Magnetfeldes, das dadurch aufgeladen wird.

Das Zusammenspiel von subatomaren Teilchen der Sonne mit den ionisierten Atomen dieser Schicht erzeugt Lichterscheinungen, die sogenannten Polarlichter (Aurora Borealis am Nordpol und Aurora Australis am Südpol), welche in der Nähe der magnetischen Pole auftreten. Ihre Farbe hängt davon ab, worauf die Teilchen treffen:

• O₂ bei niedrigem Druck: gelbgrün
• N₂: blau
• O₂ bei sehr geringem Druck: rot

In der Ionosphäre werden zudem Radiowellen reflektiert, was für das Fernsehen und die Telekommunikation genutzt wird. Die Temperatur der Thermosphäre steigt mit der Höhe durch die Absorption energiereicher Strahlung an und kann über 1000 °C erreichen. (Neugier: Aufgrund der geringen Dichte der Gase bedeutet diese Temperatur jedoch nicht wirklich viel Energie).

Die Magnetosphäre

Die Magnetosphäre ist der Bereich des Raums um die Erde, in dem das Magnetfeld der Erde einen Schutzschild gegen den Sonnenwind (Teilchenströme, hauptsächlich Protonen, die von der Sonnenatmosphäre emittiert werden) und die gefährlichste Strahlung wie Gammastrahlen und solare Röntgenstrahlen bildet. Dies ist eine Bedingung, die die Existenz von Leben auf unserem Planeten ermöglicht. Die Magnetosphäre beginnt in etwa 500 km Höhe über der Ionosphäre und erstreckt sich weit über die Exosphäre hinaus: ca. 60.000 km in Richtung der Sonne und noch weiter in die entgegengesetzte Richtung.

Lovelocks ursprüngliche Gaia-Hypothese

Lovelock postuliert die Existenz einer globalen Steuerung von Temperatur, Zusammensetzung der Atmosphäre und des Salzgehalts der Ozeane. Seine Argumente waren:

• Die globale Oberflächentemperatur der Erde blieb trotz der Erhöhung der von der Sonne gelieferten Energie konstant.
• Die Zusammensetzung der Atmosphäre bleibt konstant, obwohl sie eigentlich instabil sein sollte.
• Der Salzgehalt der Ozeane bleibt konstant, anstatt immer weiter zuzunehmen.

Man war früher der Meinung, dass die Atmosphäre ohne Leben zu ca. 99 % aus CO₂ bestehen müsste, mit nur Spuren von Stickstoff und Sauerstoff. Laut der Gaia-Theorie besteht die heutige Atmosphäre jedoch aus 78 % Stickstoff, 21 % Sauerstoff und nur 0,03 % Kohlendioxid, weil das Leben durch Aktivität und Fortpflanzung diese Bedingungen aufrechterhält, die sie für viele Arten bewohnbar machen.

Vor der Formulierung der Gaia-Hypothese dachte man, dass die Erde die richtigen Bedingungen für das Leben besaß und dass das Leben sich einfach an diese Bedingungen und deren Veränderungen anpasste. Die Gaia-Hypothese schlägt hingegen vor, dass die gegebenen Anfangsbedingungen den Beginn des Lebens auf dem Planeten ermöglichten, das Leben diese Bedingungen dann aber aktiv verändert hat. Daher sind die resultierenden Bedingungen eine Konsequenz und Verantwortung des Lebens, das den Planeten bewohnt.

Um zu erklären, wie das Leben die chemischen Bedingungen von Gaia aufrechterhalten kann, hat Lynn Margulis die wichtige Fähigkeit von Mikroorganismen unterstrichen, Gase wie Stickstoff, Schwefel und Kohlenstoff umzuwandeln.

Wissenschaftliche Modelle der Biosphäre

Die Gaia-Hypothese ist eine Reihe von wissenschaftlichen Modellen der Biosphäre, die postuliert, dass das Leben geeignete Bedingungen für sich selbst fördert und pflegt, indem es die Umwelt beeinflusst. Laut der Gaia-Hypothese verhalten sich die Atmosphäre und die Erdoberfläche als ein geschlossenes Ganzes, in dem das Leben die charakteristische Komponente ist, um wesentliche Bedingungen der Umwelt wie Temperatur, chemische Zusammensetzung und den Salzgehalt der Ozeane selbst zu regulieren. Gaia verhält sich wie ein sich selbst regulierendes System, das zum Gleichgewicht neigt.

Diese Hypothese basiert auf der Idee, dass die Biomasse selbst die Bedingungen des Planeten und seine physische Umwelt (insbesondere Temperatur und atmosphärische Chemie) reguliert, um sie für die auf dem Leben basierenden Arten gastfreundlicher zu machen. Die Gaia-Hypothese definiert diese „Gastfreundschaft“ als vollständig.