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Terraforming

Terraforming bezeichnet die gedachte Umformung anderer Planeten in bewohnbare erdähnliche Himmelskörper mittels zukünftiger Techniken. Fremde Planeten sollen so umgestaltet werden, dass darauf menschliches Leben mit geringem oder ohne zusätzlichen technischen Aufwand möglich wird.

Der Begriff geht auf den Science-Fiction-Roman Collision Orbit von Jack Williamson aus dem Jahre 1942 zurück und wurde später von der Wissenschaft aufgegriffen, die meist vom Begriff Vererdung spricht.

Die Grenzen der Bewohnbarkeit

Die Grenzen der Bewohnbarkeit für Pflanzen und Tiere sind nach McKay ^[1]

Venus

Ausgangsbedingungen

Auf der Venus-Oberfläche herrschen Temperaturen von mehr als 450 °C und ein Druck von rund 92.000 hPa. Jede Form bekannten organischen Lebens würde sofort verbrennen. Das größte und am schwersten lösbare Problem sind aber die extrem langen Tage auf der Venus (243 Erdtage). Wenn es möglich wäre, den Treibhauseffekt zu reduzieren, würden sich außerhalb der Polregionen immense Temperaturschwankungen einstellen. Auf der der Sonne zugewandten Seite würden durch die viele Erdtage währende, permanente Einstrahlung von Sonnenlicht extrem hohe Temperaturen herrschen, auf der der Sonne abgewandten Seite dafür extrem niedrige.

Ein weiteres Problem ist die Wärmekapazität des Gesteinsmantels. Selbst wenn die Atmosphäre nach einigen Jahrhunderten künstlich auf für Menschen erträgliche Temperaturen gesenkt worden wäre, dann wäre die Oberfläche der Gesteine noch immer rund 400 °C heiß – und das Auskühlen könnte weitere Jahrhunderte dauern.

Die Atmosphäre der Venus besteht hauptsächlich aus CO₂. In ca. 50 km Höhe herrschen Temperaturen zwischen 20 °C und 100 °C (je nach Höhe) und Luftdrücke von einigen sehr wenigen (Erd-)Atmosphären. In dieser Höhe gibt es schwefelsäurehaltige Wolken.

Methoden für die Venus

Terraforming könnte beispielsweise durch das Einbringen von Grünalgen in die CO₂-reiche Atmosphäre geschehen. Dies soll eine Anreicherung von Sauerstoff bei gleichzeitiger Reduzierung des Treibhauseffekts durch den Verbrauch von CO₂ durch die Photosynthese der Algen bewirken. Das dafür benötigte Wasser müsste aus der Zersetzung von Schwefelsäure oder durch das Einfangen von Kometen gewonnen werden.

In höheren Atmosphärenschichten sind Druck und Temperatur gemäßigt. Dort könnte es also günstigere Bedingungen für schwebende Pflanzen, quasi Luftplankton, geben. Die chemischen Bedingungen sind vom hohen Gehalt an Schwefelsäure geprägt. Die Grünalgen-Idee ist deshalb nicht direkt umsetzbar, denn die Bedingungen für das Überleben der Pflanzen müssten von ebendiesen Pflanzen erst geschaffen werden.

Vorstellbar in Verbindung mit einer Kolonisierung ist auch der Bau luftschiffähnlicher, schwebender Stationen in der Hochatmosphäre der Venus, und vielleicht auch die Zucht schwebender, ballonähnlicher Pflanzen als Nahrungsmittel. Die Venus bleibt, was das Terraforming betrifft, ein extrem schwieriger Planet.

Mars

Ausgangsbedingungen

• Der vorhandene atmosphärische Druck liegt bei 0,75 Prozent des irdischen Druckes.
• Die Temperaturen an der Oberfläche schwanken zwischen -85 °C und +20 °C
• Die Atmosphäre besteht zu 95 Prozent aus CO₂.
• Durch das fehlende planetare Magnetfeld kann der Mars unter Einfluss des Sonnenwindes eine Atmosphäre nicht dauerhaft halten.

Damit sich der Mars zu einer so genannten zweiten Erde entwickeln kann, wären folgende Veränderungen notwendig:

• die Oberflächentemperatur müsste um etwa 60 K erhöht werden.
• die Masse muss erhöht werden (Asteroidengürtel), die Grösse muss verkleinert werden
• die Dichte der Atmosphäre müsste erhöht werden. Untergrenze wäre hier, abhängig vom Gasgemisch, 300 hPa, was 1/3 des Drucks auf der Erde entspricht. Obergrenze wären hier (theoretisch) etwa 5 Atmosphären. Die Obergrenze des Sauerstoffpartialdruckes liegt bei 1,6 bar (Sauerstoffvergiftung) und die des Stickstoffpartialdruckes bei 3,2 bar (Stickstoffnarkose). Allerdings ist es sehr unwahrscheinlich, dass der Mars eine dichtere Atmosphäre als 1 bar halten kann. Selbst eine 1 bar dichte Atmosphäre würde aufgrund der geringeren Schwerkraft bedeuten, dass die Atmosphärenhöhe fast dreimal so hoch wie auf der Erde wäre. Auch dürften die Stickstoffreserven des Mars nur sehr gering sein; Schätzungen sprechen hier nur von einer Menge von 100-300 hPa Stickstoff.
• flüssiges Wasser müsste verfügbar gemacht werden.
• die Oberflächeneinstrahlung von UV- und anderen kosmischen Strahlen müsste verringert werden. Dies wäre zum großen Teil allein durch eine dichtere Atmosphäre sichergestellt. Ein Magnetfeld scheint bei Vorhandensein einer dichten Atmosphäre überflüssig zu sein.^[2]
• der Anteil von O₂ (Sauerstoff), N₂ (Stickstoff) und/oder einem anderen Inertgas^[3] in der Atmosphäre müsste erhöht werden.

Methoden für den Mars

Beim Mars kann ein Terraforming am CO₂ ansetzen, welches in großen Mengen im Polkappeneis gespeichert ist. Schätzungen umfassen ca. 50 – 100 mb^[4]. Größere Mengen (450–900 mb) von CO₂ sind im Regolith gebunden. Damit ließe sich theoretisch eine dichte kohlendioxidhaltige Atmosphäre schaffen, welche aber für Menschen giftig ist. Selbst Pflanzen können nur eine Menge von ca. 50 mb CO₂ vertragen^[5]. Jedoch ist von Algen bekannt, dass diese sich selbst in reinen Kohlendioxidatmosphären wohlfühlen. Manche Algenarten gedeihen sogar am besten in reinem CO₂. Zur Initiierung des Treibhauseffektes sind verschiedene Methoden denkbar.

Bei allen Methoden ergeben sich durch verkettete Reaktionen folgende Resultate:

• dichtere Atmosphäre durch das freigewordene CO₂. Ist diese genügend dicht (ca. 1/3 des irdischen Luftdrucks, was dem Luftdruck auf dem Mount Everest entspricht), entfällt die Notwendigkeit für einen Druckanzug.
• höhere Temperaturen durch Treibhauseffekt, dadurch auch weitere Anreicherung der Atmosphäre durch sich selbst verstärkendes Abschmelzen aller Marspolkappen.
• flüssiges Wasser durch Druck- und Temperaturerhöhung

Weltraum-Spiegel

Eine sehr aufwändige und damit kostspielige Methode, der Marsumwelt die benötigte Energie zuzuführen, wäre die Positionierung mehrerer gigantischer Spiegel, sogenannter Solettas, in einem Marsorbit. Diese Spiegel hätten einen Durchmesser von jeweils zirka 100 bis 200 km und besäßen eine Masse von einigen hunderttausend bis einigen Millionen Tonnen. Das von ihrer mit Hilfe von polymerverstärkter Alu-Folie verspiegelten Oberfläche reflektierte Sonnenlicht wird auf die vereisten Polregionen gelenkt und diese zum Schmelzen gebracht. Der damit initiierte CO₂-Ausstoß in die Atmosphäre würde einen gewünschten Treibhauseffekt auslösen, welcher den Mars weiter erwärmt.

Asteroid

Die Manipulation der Flugbahn eines Asteroiden mutet zwar fantastisch an, ist aber wenigstens theoretisch möglich. Ein Asteroid oder Komet mit einem großen Gehalt an flüchtigen Stoffen (Volatilen) soll durch eine Manipulation seiner Flugbahn auf den Mars geführt werden und gäbe beim Eintritt in die Mars-Atmosphäre beziehungsweise beim Aufschlag auf die Oberfläche diese Stoffe frei. Dadurch aktivierte er analog den anderen Methoden einen selbstverstärkenden Treibhauseffekt. Zum Test dieser Möglichkeit könnte der marsnahe Mond Phobos dienen, der sich in nur 6.000 km Entfernung um den Mars befindet. Da dieser bei einer Verdichtung der Atmosphäre innerhalb von 100 bis 1.000 Jahren auf dem Planeten aufschlagen würde, ist eine Entfernung dieses Mondes bei einem Terraforming ohnehin notwendig. Der wahrscheinlich hohe Wassergehalt des Mondes würde zusätzlich große Mengen an Wasserdampf in die Atmosphäre bringen. Der dadurch verursachte gewaltige Aufschlag könnte auch zusätzlich unterirdische Wasserreservoirs freisetzen. Die Entfernung des zweiten Marsmondes Deimos beträgt 23.000 km. Dieser würde selbst bei einer dichteren Atmosphäre kaum abgebremst und in seinem Orbit bleiben.

Ruß

Die einfachste Methode, den Mars zu erwärmen, besteht in der Verteilung von Ruß oder anderen lichtabsorbierenden Stoffen über den Eisflächen der Polkappen. Das bewirkt eine Verringerung der Lichtreflexion. Das Resultat ist ein Temperaturanstieg, der das Eis schmelzen lässt.

Mikroben

Zudem könnten recht "früh" während des Terraformens Mikroben, Bakterien von der Erde auf dem Mars angesiedelt werden, die unter niedrigem Druck, mit kaum oder gar keinem Sonnenlicht und ohne Sauerstoff existieren können (in Vulkanen, auf dem Meeresboden oder in Schwefelquellen).

Partielles Terraforming

Durch das Abschmelzen der Polkappen (die sowohl aus Trocken- wie Wassereis bestehen) ließe sich also eine bedeutend dichtere Atmosphäre schaffen, jedoch würde diese fast ausschließlich aus Kohlendioxid bestehen. Von den Vikingsonden ist bekannt, dass das Marsregolith unter dem Einfluss von Kohlendioxid und Wasser große Mengen Sauerstoff freigibt. Das Regolith scheint hier also eine mögliche Sauerstoffquelle darzustellen. Die Frage ist jedoch, ob auch genügend Wasser auf dem Mars vorhanden ist und wie sich dies in die Marsatmosphäre freisetzen ließe. Zwar ist Kohlendioxid ein Treibhausgas, aber selbst eine vollständige Freisetzung des gesamten Kohlendioxids in Form von Trockeneis und dem Regolith von 1.000 bis 2.000 mb würde wahrscheinlich nicht ausreichen, die Temperatur um die notwendigen 60 Grad Celsius zu erhöhen. Weitere, effektivere Treibhausgase wie FCKW müssten hier zusätzlich in großen Mengen zugeführt werden um diese Marke dauerhaft zu erreichen und flüssiges Wasser zu ermöglichen. Höhere Luftfeuchtigkeit würde ebenfalls den Treibhauseffekt verstärken. Auch der „Import“ von Asteroiden mit hohem Methan- und Ammoniakanteil könnte treibhauseffektivere Gase zuführen.

Am Ende dieses Prozesses stände ein wärmerer, feuchterer und von einer dichten Kohlendioxidatmospähre umgebener Mars, wie er möglicherweise bereits vor 3,5 bis 4 Milliarden Jahren bestand. Da dieser Prozess rein chemisch in Gang gesetzt werden kann und keinerlei biologische Vorgänge erfordert, ließe sich dies bereits in relativ kurzer Zeit von 100 bis 1.000 Jahren realisieren. Am Ende wären die Voraussetzungen für irdisches Pflanzenwachstum gegeben und ein Aufenthalt von Menschen im Freien wäre (bei Verwendung einer Sauerstoffmaske) möglich.

Vollständiges Terraforming

Für ein komplettes Terraforming müsste der hohe Kohlenstoffdioxidgehalt reduziert werden, was bedeutend längere Zeiträume beanspruchen dürfte. Dies könnte durch Pflanzen soweit reduziert werden, dass es für den Menschen atembar ist. Da Kohlenstoffdioxid jedoch auch zum Treibhauseffekt beiträgt, würde eine Reduzierung auch wieder zu einer Abkühlung führen. Um dies zu verhindern, müssten hier wiederum Treibhausgase eingebracht werden, die diesen Effekt ausgleichen. Aber neben dem Sauerstoff müsste die Atmosphäre auch ein Puffergas in signifikanten Mengen erhalten. Auf der Erde ist dieses Puffergas der Stickstoff, der fast 80 Prozent der Erdatmospähre ausmacht. Der Anteil auf dem Mars müsste allerdings nicht so hoch sein. So hoch wie die Menge Sauerstoff sollte er jedoch sein. Ob genügend Stickstoff auf dem Mars vorhanden ist, ist jedoch fraglich. Neben Stickstoff könnten jedoch auch Argon oder andere Inertgase als Ersatz oder in Kombination dienen.

Künstlerische Darstellung eines terraformten Mars.

Fotomontage, die einen terraformten Mars darstellt. In der Mitte sieht man die Mariner-Bay und am nördlichen Rand einen Teil des Acidalia Planitia-Polarmeeres

Kritik

Kritiker bezeichnen die Theorien zum Terraforming aus mehreren Gründen als unrealistisch:

• Keiner der für das Terraforming theoretisch in Betracht gezogenen Planeten ist überhaupt genügend erforscht, um auch nur halbwegs fundierte Aussagen machen zu können, als Beispiel darf die Wassermenge auf dem Mars gelten: Sie ist vollkommen unbekannt, es kann darüber derzeit lediglich spekuliert werden.
• Keiner der Prozesse, die das Terraforming herbeiführen sollen, ist bisher verstanden, Antrieb und Auswirkungen des Treibhauseffekts allein auf der Erde können nicht einmal für die nächsten zehn Jahre in irgendeiner Form vorausgesagt werden, um so weniger für Mars oder Venus oder sonst einen fremden Himmelskörper.
• Zeitliche, materielle und energetische Dimensionen eines Terraformings sprengen jeden für unsere westlich-industriell geprägte Kultur akzeptablen Rahmen. Ein Projekt wie die Erhöhung des atmosphärischen Drucks auf dem Mars um mehrere 100%, die nötig wären, um einen für die meisten irdische Lebewesen auch nur annähernd erträglichen Druck an der Oberfläche zu erzeugen, ist bereits mit mehreren tausend Jahren berechnet worden.
• Dabei bleibt darüber hinaus völlig unklar, ob der Mars die so mobilisierte Atmosphäre überhaupt halten könnte (der Mars hat kein Magnetfeld wie die Erde), oder ob sich nicht zum Beispiel durch das erzwungene Auftauen auch noch die dort verbliebenen Reste des Wassers in den Weltraum verflüchtigen würden, der Planet letztlich durch das so genannte Terraforming noch weniger „bewohnbar“ gemacht werden würde, als er ohnehin schon ist.
• Die Verbringung ganzer Maschinenparks oder riesiger Anlagen, wie Spiegel, Methan- oder FCKW-erzeugende Fabriken liegt außerhalb jeglicher Reichweite, der Transport eines Buggies, eines kleinen Wassertanks und einer fünfköpfigen Mannschaft auf den Mond ist die jetzige Grenze des Machbaren. Der Verbrauch der gesamten heute erschließbaren Energievorräte der Menschheit würde einen Bruchteil der benötigten Materialien in die Erdumlaufbahn bringen, weiter nicht. Allerdings ändern sich die Grenzen des Möglichen jeden Tag.
• Ebenso gibt es ethisch-ökologische Gründe gegen ein Terraforming, da schließlich ein gesamtes Ökosystem durch das Terraforming umgewandelt oder gar zerstört wird. Dieses Dilemma wird u.a. in dem S.F.-Roman "Roter Mars" gut dargelegt, der das Recht einer fremden Umwelt auf Bewahrung aufzeigt.

Paraterraforming

Gerade wegen der Aufwendigkeit eines vollständigen Terraformings hat sich auch noch das sogenannte Para- oder Pseudoterraforming, auch Worldhousekonzept genannt, herausgebildet. Bei dem Paraterraforming wird ein bewohnbares Habitat konstruiert, welches freie Atmung ermöglicht. Im Gegensatz zu einem Dome ist diese Konstruktion bedeutend größer. Sie besteht aus einem ein bis mehrere Kilometer hohen Dach, das über Türme und Kabel befestigt, hermetisch umschlossen und mit einer atembaren Atmosphäre versehen wird. Auch besteht prinzipiell die Möglichkeit, eine Schutzhülle lediglich mit Hilfe des innen herrschenden Überdrucks und völlig ohne Abstützung, einem Gummitier gleich, aufzublasen. Der Überdruck ist ja sowieso schon erforderlich, da der Druck der Marsatmosphäre für menschliches Leben viel zu gering ist. Ohnehin dienen die Kabel und Türme eher dazu, die Konstruktion vor dem Abheben anstatt dem Zusammenstürzen zu bewahren. Dafür sorgt schon alleine der Überdruck.

Paraterraforming hat bedeutende Vorteile gegenüber dem klassischen Ansatz des kompletten Terraforming. Es lässt sich schneller verwirklichen und beliebig modular erweitern, von einer kleinen Region bis zur Umfassung eines gesamten Planeten. Unterstützer dieses Konzeptes behaupten, dies ließe sich bereits mit der heutigen Technologie verwirklichen. Schlussendlich wird auch nicht die Menge von Gasen benötigt wie bei dem eigentlichen Terraforming, sondern nur ein kleiner Teil. Im Falle des Mars wäre in diesem Fall nur etwa 1/10 der Atmosphärengase notwendig wie bei einem richtigen Terraforming. Aufgrund seiner Modularität lässt es sich auch auf Asteroiden verwirklichen, die keinerlei Atmosphäre halten können.

Großer Nachteil ist jedoch der notwendige Aufwand für Konstruktion und Wartung. Ein Worldhouse ist natürlich auch von Leckagen gefährdet. Dies ließe sich durch Sektionierung und Sicherungsmechanismen reduzieren. Auch die Gefährdung durch Asteroiden muss bedacht werden.

Das Para-Terraforming kann jedoch auch als Ergänzung und Zwischenschritt zu einem kompletten oder teilweisen Terraforming Verwendung finden, in der einzelne für Menschen bewohnbare Regionen, von einem Worldhouse umgeben sind, während der Rest des Planeten soweit mit dem traditionellen Terraforming umgewandelt wurde, dass ausreichender Druck und Temperatur zur Atmung für Pflanzen vorhanden ist.

Andere Möglichkeiten

Weitere Optionen lebensfeindliche Orte (Planeten, Asteroiden etc.) zu nutzen, besteht darin, nicht den Ort zu terraformen sondern den Menschen anzupassen - durch Veränderung seiner Physis durch Gentechnik, Biotechnologien (Cyborg u.a.). Beispiele wären das Anpassen der Organe an Niedrigschwerkraft, das Vergrößern des Lungenvolumens für Atmosphären mit geringerer Sauerstoffkonzentration, ein Exoskelett für große Druckverhältnisse und dergleichen. Allerdings dürften - abgesehen von derzeit vorhandenen biotechnischen Umsetzungsschwierigkeiten - vor allem durch die psychologischen Auswirkungen enorme Widerstände gegen eine Durchführung mobilisiert werden.

Quellen

1. ↑ C. McKay, J. Kasting, O. Toon: Making Mars Habitable. In: Nature. 352, S. 489-496, 1991
2. ↑ http://www.br-online.de/cgi-bin/ravi?v=alpha/centauri/v/&g2=1&f=050330.rm
3. ↑ http://ares.ame.arizona.edu/publications/cospar-98.pdf
4. ↑ http://www.users.globalnet.co.uk/~mfogg/zubrin.htm
5. ↑ http://www.drg-gss.org/index.php?page=easy&section=9906&do=&sub=9

Siehe auch

• Marskolonisation
• Science-Fiction-Technologie

Weblinks

• Real Video: Was ist Terraforming? (aus der Fernsehsendung Alpha Centauri)
• Terraforming auf http://www.drg-gss.org
• Worldhousekonzept (englisch)
• Worldhousekonzept (2)
• Terraformingforum (englisch)
• Terraforming des Mars

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