Nieuw model kan aanwezigheid koolstofcyclus voorspellen op exoplaneten

Leven gedijt bij een stabiele temperatuur. Die wordt op Aarde gewaarborgd door de koolstofcyclus. Wetenschappers van SRON, VU en de RUG hebben nu een model ontwikkeld dat voor exoplaneten voorspelt of er een koolstofcyclus aanwezig is, mits de massa, grootte van de kern en hoeveelheid CO2 bekend zijn. Publicatie in Astronomy & Astrophysics op 3 mei.

In de zoektocht naar leven op planeten buiten ons Zonnestelsel hebben astronomen niet de luxe om foto's te maken en te kijken wat er zich daar zoal afspeelt. Onze telescopen halen daarvoor bij lange na niet de vereist ruimtelijke resolutie; exoplaneten zijn simpelweg te klein en te ver weg. De planeetatmosfeer laat echter een schat aan informatie achter in het sterlicht dat erdoorheen schiet, in de vorm van een spectrum. De spectrale resolutie van onze telescopen is wel ruim voldoende om die te ontrafelen. Zo komen we alsnog te weten welke stoffen aanwezig zijn in de atmosferen van exoplaneten. In de zoektocht naar leven is CO2 daarbij een erg interessante, vanwege de dempende rol van de koolstofcyclus bij opwarming en afkoeling. Onze aarde heeft dankzij die cyclus altijd een leefbare temperatuur gehouden, terwijl de Zon de afgelopen miljarden jaren 20% helderder is geworden.

Wetenschappers van SRON, RUG en de VU hebben nu een model ontwikkeld dat voor een exoplaneet zijn massa en de grootte van zijn kern koppelt aan de hoeveelheid CO2 in zijn atmosfeer, mits er een koolstofcyclus is. Dus als we met een telescoop die drie factoren te weten komen, vertelt het model ons of de betreffende exoplaneet een koolstofcyclus heeft. De massa en kern van een planeet zijn een factor van belang omdat ze een sterk effect hebben op de beweging van aardplaten, die een sleutelrol spelen in de koolstofcyclus.

De koolstofcyclus heeft een dempende invloed op temperatuurveranderingen doordat een planeet meer CO2 opneemt als het warmer wordt, wat leidt tot minder broeikaseffect.* Bij afkoeling gebeurt het omgekeerde. De eerste stap in de cyclus is verwering, waarbij rotsen reageren met CO2 en regenwater tot bicarbonaat (HCO3). Dit wordt op de zeebodem afgezet als carbonaatgesteente (CaCO3), terwijl een klein deel van de koolstof als restproduct oplost in het zeewater. Bewegende aardplaten vervoeren het carbonaatgesteente vervolgens naar de mantel. Vulkanen brengen de CO2 die uit dat gesteente komt daarna weer terug in de atmosfeer. 'We weten niet of er überhaupt andere planeten zijn met aardplaten en een koolstofcyclus,' zegt Mark Oosterloo, eerste auteur van het artikel. 'In ons Zonnestelsel is de Aarde de enige planeet waar we een koolstofcyclus aantreffen. We hopen dat ons model kan bijdragen aan de ontdekking van een exoplaneet met koolstofcyclus, en dus mogelijk leven.'

*Dit proces werkt veel te langzaam om de menselijke CO2-uitstoot van de afgelopen eeuwen bij te benen.

Publicatie

M. Oosterloo, D. Höning, I. E. E. Kamp, and F. F. S. van der Tak, 'The role of planetary interior in the long-term evolution of atmospheric CO2 on Earth-like exoplanets', Astronomy & Astrophysics