Lachgas entsteht in die Erdatmosphäre überwiegend als Stoffwechselprodukt von Mikroben. Biotische Quellen für Lachgas sind in der heutigen Erdatmoshäre sind sehr viel häufiger als nicht-biotische. Da erscheint es sinnvoll, bei der Suche nach Lebenszeichen in der Atmosphäre von extrasolaren Gesteinsplaneten nach Biosignaturen von Distickstoffoxid oder Lachgas zu suchen.
Genau das wird in einer gerade erschienen Veröffentlichung von Schwietermann et al. untersucht. Er und sein Team berücksichtigen in ihrem neuen Modell biogeochemische Prozesse, die mit photochemischen und spektralen Modellen gekoppelt werden.
Besonders interessant ist, dass sie dabei auf früheren Arbeiten unserer Gruppe aufbauen, wobei sie ein neues biogeochemisches Modul anwenden, das verschiedene mögliche Entwicklungen des biologischen Stickstoffzyklus berücksichtigt. Es könnte sein, dass die biologischen Quellen von N2O deutlich stärker sind als bisher angenommen, weil es die entsprechenden Senken nicht gibt. Wenn z. B. auf dem auf dem Gesteinsplaneten Kupfer fehlt, das für den Katalysator benötigt wird, mit dem N2O abgebaut werden könnte. Eine andere Möglichkeit für die fehlende Senke ist, dass bei der mikrobielle Umwandlung N20 zurück zu Stickstoff ein letzter Schritt nicht ausgebildet wurde. Die Menge von erzeugtem N2O ist insbesonders auch eine Funktion des Sauerstoff- und des Phosphatgehalts, wie in dem Artikel dargestellt wird.
Dadurch werden die Obergrenzen für die N2O-Häufigkeit in der Atmosphäre um mehr als einen Faktor 10 nach oben korrigiert und mit diesen Werten in die Modelle eingebracht. Figur 11 in der Veröffentlichung zeigt simulierte Transmissionsspektren des JWST mit verschiedenen N2O-Gehalten in der Atmosphäre des Exoplaneten Trappist-1e. Es ist deutlich zu erkennen, dass mit steigendem Eintrag von N2O in die Atmosphäre die Linien deutlicher zu erkennen sind. Es sieht so aus, als ob die Spektralsignale für Trappist-1e bei mehreren Dutzend Transits durch JWST mit einer Drei-Sigma-Methode nachgewiesen werden könnten.
Mehr:
"Evaluating the Plausible Range of N2O Biosignatures on Exo-Earths: An Integrated Biogeochemical, Photochemical, and Spectral Modeling Approach" von Edward W. Schwietermann et al., 2022, ApJ 937 109