Seltene Erde

Wie spricht man über die Verwundbarkeit der Erde? Prof. Dr. Harald Lesch tut es, indem er erklärt, wie unwahrscheinlich es war, dass sie überhaupt entstanden ist und wie außergewöhnlich es ist, dass die Bedingungen hier ein Leben möglich machen. Prof. Lesch gehört zu den bekanntesten Physikern und Wissenschaftskommunikatoren im deutschsprachigen Raum. Er ist Professor für Theoretische Astrophysik an der Ludwig-Maximilians-Universität München und bekannt für seine Fähigkeit, selbst komplexe naturwissenschaftliche Zusammenhänge verständlich und anschaulich zu vermitteln.

Mit seinem Festvortrag beim Tag der Physik und Mathematik an der Universität Regensburg nahm der Astrophysiker sein Publikum mit auf eine Reise durch Raum und Zeit: vor Milliarden von Jahren zwischen Sternenstaub, gewaltigen Kollisionen und physikalischen Gesetzen. Doch wer glaubte, es gehe ausschließlich um Astronomie, merkte schnell: Die vielleicht viel wichtigere Botschaft lag in der Gegenwart und einem der drängendsten Probleme unserer Zeit: dem Klimawandel.

Die Erde – das erfährt man schnell – ist kein gewöhnlicher Planet. Selbst die Astronautinnen und Astronauten auf der Internationalen Raumstation, beschrieben immer wieder, dass der Blick auf die Erde etwas ganz Besonderes sei, so Lesch. Zwar seien inzwischen Tausende von Planetensystemen entdeckt worden, doch einen zweiten Planeten mit vergleichbaren Bedingungen kenne man bislang nicht. Das beschäftigt Astronominnen und Astronomen inzwischen seit rund 25 Jahren: „Warum sieht unser Sonnensystem so anders aus als viele der bisher entdeckten“, so Lesch. Viele Voraussetzungen mussten nach heutigem wissenschaftlichem Verständnis zusammenkommen damit sich auf der Erde Leben entwickeln konnte. Zu diesen Voraussetzungen zählt Lesch auch die Entstehung des Mondes. 

Die Erde entstand vor etwa 4,54 Milliarden Jahren aus einer Scheibe aus Gas und Staub, die die junge Sonne umgab. In dieser Scheibe verklumpten Staubteilchen zu immer größeren Körpern, aus denen sich schließlich die Planeten bildeten. Die junge Erde wuchs durch zahlreiche Kollisionen mit anderen Gesteinskörpern. Die dabei freiwerdende Wärme ließ große Teile des jungen Planeten aufschmelzen. In diesem Magmaozean trennten sich schwere und leichte Materialien, wodurch sich der eisenreiche Erdkern und die äußeren Gesteinsschichten bildeten. Auf der Erdoberfläche herrschten Temperaturen von ungefähr 6000 Kelvin – ähnlich wie auf der Oberfläche der Sonne heute. Man hätte meinen können, dass die Geschichte der Erde damit abgeschlossen wäre, so der Astrophysiker. 

Doch dann kam es zu einem Ereignis, der unseren Planeten für immer verändern sollte: Lesch beschreibt die heute in der Wissenschaft verbreitete Vorstellung, dass ein etwa Protoplanet in der Größe des Mars mit der jungen Erde kollidierte. Aus den Trümmern dieser Kollision entstand der Mond. Für Lesch gehört dieses Ereignis zu den entscheidenden Stationen der Erdgeschichte. Ohne diese Kollision sähen Erde und Mond heute völlig anders aus – und möglicherweise hätte sich das Leben auf der Erde ebenfalls ganz anders entwickelt, gibt er zu bedenken. 

Ohne Mond gäbe es kein dauerhaft stabiles Erdmagnetfeld in seiner heutigen Form. Vor allem aber würde die Rotationsachse der Erde wesentlich stärker schwanken. Das hätte gravierende Folgen für das Klima. Die Jahreszeiten würden sich über geologische Zeiträume erheblich verändern und stabile Umweltbedingungen wären deutlich unwahrscheinlicher.

Aber dass sich Leben entwickeln konnte – dafür hätte der Mond allein nicht ausgereicht. Lesch nennt eine ganze Reihe weiterer Faktoren: Wasser, das vor allem über Asteroide auf die Erde gelangte, die Ausbildung einer schützenden Atmosphäre, das Vorhandensein der Elemente wie Kohlenstoff, Wasserstoff, Stickstoff, Sauerstoff, Phosphor, Eisen, Magnesium, Silizium, Zink und Kalzium und schließlich die Photosynthese. Erst das Zusammenspiel dieser Faktoren habe die Erde zu einem Planeten gemacht, auf dem sich Leben entwickeln konnte. Und immer wieder macht er deutlich, wie außergewöhnlich diese Kombination nach heutigem Kenntnisstand ist.

Physik beschreibt nach Leschs Verständnis nicht nur, wie Sterne entstehen oder warum sich Planeten bewegen. Sie beschreibt auch die Grenzen dessen, was in der Natur möglich ist. „Die Naturgesetze gelten überall. Sie unterscheiden nicht zwischen Erde, Mond, Asteroiden, fernen Galaxien und unserem Klimasystem“, so Lesch. Gerade deshalb lohne es sich, wissenschaftliche Erkenntnisse ernst zu nehmen.

Von dort schlägt Lesch den Bogen zum Klima. Der natürliche Treibhauseffekt sei dabei zunächst nichts Negatives. Im Gegenteil. Ohne die Atmosphäre würde die Erde zwar Sonnenenergie aufnehmen, ihre Wärme jedoch nahezu ungehindert wieder ins Weltall abstrahlen. Die Erde wäre – nach seinen Ausführungen – „eine weiße Eiskugel“ auf der minus 18 Grad herrschten – zu kalt für das Leben, wie wir es kennen. 

Erst die natürlichen Treibhausgase in der Atmosphäre erhöhen die globale Durchschnittstemperatur auf etwa +15 Grad Celsius. Sie machen unseren Planeten überhaupt erst lebensfreundlich. „Das eigentliche Problem besteht deshalb nicht im Treibhauseffekt selbst, sondern darin, dass wir ihn durch zusätzliche Treibhausgase verstärken“, sagt Lesch.

Nach allem, was wir heute wissen, verändert der vom Menschen verursachte Anstieg der Treibhausgase den Energiehaushalt der Erde. Zusätzliche Wärme bleibt länger im Klimasystem gespeichert. Dadurch steigen die globalen Temperaturen und Extremereignisse treten häufiger oder intensiver auf. Für Lesch folgt diese Entwicklung denselben physikalischen Gesetzmäßigkeiten, die zuvor schon seine Beschreibung der Erdgeschichte geprägt haben. 

Steigende Temperaturen allein sind für den Menschen nicht das eigentliche Problem. Entscheidend ist vielmehr das Zusammenspiel von Temperatur und Luftfeuchtigkeit. Der menschliche Körper kann seine Kerntemperatur nur innerhalb enger Grenzen konstant halten und nutzt zur Kühlung vor allem die Verdunstung von Schweiß auf der Haut. Ist die Luft jedoch bereits stark mit Wasserdampf gesättigt, verdunstet der Schweiß deutlich schlechter. Dadurch verliert der Körper einen wesentlichen Mechanismus zur Abgabe überschüssiger Wärme.

In diesem Zusammenhang verweist Lesch auf die sogenannte Kühlgrenztemperatur. Sie beschreibt die Grenze, ab der selbst ein gesunder Mensch seine Körpertemperatur nicht mehr dauerhaft regulieren kann. Wird diese Schwelle überschritten, reichen die natürlichen Kühlmechanismen des Körpers nicht mehr aus. Der Organismus gerät an eine grundlegende physikalische Grenze, was zu lebensgefährlicher Überhitzung führen kann. 

Besonders eindringlich spricht er über die Menschen, die in Deutschland in den letzten Wochen an den Folgen extremer Hitze verstarben. Er nennt Schätzungen von rund 5.300 zusätzlichen Hitzetoten.  Es ist der emotionalste Moment des Vortrags. Die zuvor eher sachliche Darstellung physikalischer Zusammenhänge weicht für einen Moment persönlicher Betroffenheit. 

Lesch verweist darauf, dass Wissenschaft Zusammenhänge beschreiben, Hypothesen überprüfen und Vorhersagen treffen kann. Sie könne erklären, warum bestimmte Entwicklungen eintreten und welche Folgen daraus zu erwarten sind. Gleichzeitig beobachte er, dass wissenschaftliche Erkenntnisse gesellschaftlich nicht immer die Aufmerksamkeit erhielten, die ihrer Bedeutung entspreche.

Diese Überlegung führt ihn schließlich zurück zum Anlass seines Vortrags. Beim Tag der Physik und Mathematik stehen Absolventinnen und Absolventen im Mittelpunkt, die ihr Studium erfolgreich abgeschlossen haben. Er wendet sich mit einem Appell direkt an sie: 

„Sie haben während ihres Studiums gelernt, Probleme systematisch zu analysieren, kritisch zu hinterfragen und neue Lösungswege zu entwickeln. Bewahren Sie sich diese Fähigkeit. Nutzen Sie sie. Lassen Sie sie sich diese Fähigkeit niemals nehmen.“ Denn das sei das größte Geschenk, dass die Natur uns mitgegeben hätte: Ein Gehirn, mit dem wir Dinge denken könnten, die andere zunächst für unmöglich hielten. „Künstliche Intelligenz arbeitet mit Wahrscheinlichkeiten. Sie erkennt Muster in vorhandenen Daten. Der Mensch dagegen besitzt die Fähigkeit, Möglichkeiten zu denken, die zuvor noch niemand formuliert hat.“ 

Gerade in herausfordernden Zeiten können es die Gedanken einzelner ein, die am Ende den entscheidenden Unterschied machen.