Leben ohne den Mond: eine wissenschaftliche Spekulation Understand article

Übersetzt von Tina Martin. Rapide steigende Temperaturen, eine überschwemmte Landschaft, heftige Winde… Was wäre unser Planet ohne den Mond?

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von Erin Tranfield / Goloverez
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Der Mond, the moonla lune. Sein Name und sogar sein Geschlecht variieren von Sprache zu Sprache, aber es besteht kein Zweifel, dass er von entscheidender Bedeutung für unser Bild der Erde ist. Können Sie sich die Erde ohne einen Mond vorstellen? Kein schönes, helles Objekt, das den Nachthimmel durchquert, am Horizont schwebend, späht durch Bäume in einer kalten Winternacht? Kein romantisches Mondlicht, keinBlue Moon, und keine Mondlandungen. Nicht nur dies würden wir vermissen – ohne den Mond würden wir nicht einmal existieren.

Stellen wir uns zwei Szenarien vor: (1) die Erde hätte nie einen Mond gehabt und (2) unser Mond würde plötzlich verschwinden. Aber lassen Sie zuerst uns an die Auswirkungen des Mondes auf die Erde erinnern.

Zeit und Gezeiten: der Einfluss des Mondes auf die Erde

Die Erde hatte nicht immer einen Mond, also wo kommt er her? Die führende wissenschaftliche Theorie lautet, dass ein Objekt mit einer Größe des Mars, genannt Theia, mit der Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kollidierte. In einem schrägen Winkel auftreffend erhob sich eine Wolke aus Trümmern, die dann miteinander verschmolzen, um den Mond zu bilden. Dies hatte tiefgreifende Auswirkungen auf die Erde.

Es wird angenommen, dass
sich der Mond bei einem
Hochgeschwindigkeitsaufprall
bildete, als ein Körper mit der
Größe des Mars vor etwa 4,5
Milliarden Jahren auf die
junge Erde einschlug. Das
entstandene geschmolzene
Gestein, Dampf und
zerschmetterte Trümmer
vermischten sich mit Schutt
der Erde, um einen Ring um
unseren Planeten zu formen.
Im Laufe der Zeit
verschmolzen diese Trümmer,
um den Mond zu bilden.

Mit freundlicher Genehmigung
von NASA / JPL-Caltech

Die Erde und ihr neu gebildeter Mond übten aufeinander eine Gravitationskraft aus, die die Rotation der Erde verlangsamte und den Tag auf Erden von 5 Stunden auf 24 verlängerte (Touma & Wisdom, 1998). Tatsächlich verlangsamt der Mond bis zum heutigen Tag weiterhin die Erdumdrehung, wenn auch nur um 0,002 Sekunden pro Jahrhundert (Abbildung 1).

Abbildung 1: Die Erde (A) dreht sich und wird vom Mond (B) umkreist. Die Anziehungskraft des Mondes bewirkt eine Gezeiten-Ausbuchtung(C): das Wasser auf der Erde wird in Richtung des Mondes gezogen.

1) Die Erde dreht sich schneller als der Mond die Erde umkreist, wodurch Reibung verursacht wird, da sich der Erdboden durch die Gezeiten-Ausbuchtung anhebt. Die Reibung zwischen Erdboden und der Gezeiten-Ausbuchtung zieht die Gezeiten-Ausbuchtung vorwärts (C), so dass sie vor der Linie der Anziehung zwischen Erde und des Mondes (D) zu liegen kommt.

2) Die Gezeitenreibung (F) zwischen Erde und dem Ozean wirkt als Bremse. Diese Kraft wird Gezeiten-Bremse genannt und „zieht“ die Erde zurück in ihre Umlaufbahn, was effektiv die Erdumdrehung verlangsamt. Die Gezeiten-Bremse wirkt auch durch eine Kraft auf den Mond (E), die den Mond in Richtung seiner Umlaufbahn „drückt“ sowie effektiv die Rotation des Mondes beschleunigt. Dies ist die Ursache dafür, dass die Drehung des Mondes sich langsam erhöht, so dass er sich langsam weiter von der Erde bewegt. Zum Vergrößern auf das Bild klicken.
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Die Gravitationskraft zwischen Erde und Mond stabilisierte zudem die Neigung der Erdachse und ergibt die heutige konstante Neigung von 23,5 °, die der Erde ihr vorhersagbares, ziemlich konstantes Klima und ihre Jahreszeiten schenkt (Abbildung 2). Ohne den Mond jedoch würde die Achse weiter schwanken.

Abbildung 2: Die Gravitationskraft zwischen Erde und dem Mond stabilisiert die Neigung der Erdachse und schenkt der Erde ein vorhersagbares, ziemlich konstantes Klima und ihre Jahreszeiten. Da der Mond die Erde umkreist und ihr näher ist als andere Planeten, ist seine Erdanziehung stärker als die der Planeten und fast konstant. Ohne den Mond wäre die Erde der Anziehungskraft der anderen Planeten ausgesetzt, die die Sonne umkreisen: wenn Jupiter nah wäre, würde er die Erde in eine Richtung ziehen, wäre Mars nah, würde er sie in eine andere Richtung ziehen. Die Erde würde dadurch im Zeitverlauf durch verschiedene Gravitationskräfte angezogen werden und ihre Achse würde demnach schwanken. (Bild nicht zu skalieren). Zum Vergrößern auf das Bild klicken.
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Ein weiteres Merkmal unseres Planeten sind seine Ozeane: mehr als 70% der Erdoberfläche sind mit Salzwasser bedeckt, das in einer 12,5 h Gezeitenperiode steigt und sinkt. Die Kräfte, die die Gezeiten bewirken, sind komplex und beinhalten nicht nur die Zentrifugalkraft der Erdrotation, sondern auch die Gravitationskraft sowohl des Mondes als auch der Sonne (Abbildung 3). Die Auswirkung des Mondes jedoch ist zweimal höher als die der Sonne; daher hängt die Schwerkraft, die ein Objekt auf ein anderes ausübt, sowohl von seiner Masse als auch seiner Entfernung ab.

Abbildung 3:Der Mond und die Sonne sind in die Gezeiten involviert, da sie auf die Erde eine Gravitationskraft ausüben. Die Anziehungskraft des Mondes bewirkt, dass sich die Ozeane in Richtung des Mondes ausbuchten. Eine andere Gezeitenwelle entsteht auf der Gegenseite der Erde, da diese auch in Richtung Mond gezogen wird (und weg von dem Wasser auf der anderen Seite). Wegen der Erdumdrehung geschehen diese Ausbuchtungen (Fluten, A) zweimal täglich an einem Fleck.

Die Gezeiten zeigen auch ein Muster, das mit dem Mondzyklus verbunden ist. Wenn sich der Mond und die Sonne justieren (bei Neumond, B, oder Vollmond, C), ist ihre kombinierte Gravitationskraft am stärksten und die Gezeiten am höchsten (Springtide). Wenn der Mond in seinem ersten Quartal (D) oder dritten Quartal (E) ist, sind die Gezeiten am schwächsten (Nippflut). Zum Vergrößern auf das Bild klicken.
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Wir wissen nicht, wie nah der Mond der Erde war, als er sich bildete, aber wir wissen, dass er mehr als 12 000 km entfernt und ihr näher war als heute (etwa 384 400 km). Das bedeutet, dass er zu Beginn viel längere Gezeiten verursachte als wir heute erwarten – Gezeiten, von denen man glaubt, dass sie vor rund 3,8 Milliarden Jahren wichtig zum Durchmischen der Ozeane und der frühen Evolution des Lebens waren (Comins, 1996).

Interessanterweise haben die Gezeiten und die Erdrotation einen Effekt auf den Mond. Zusammen ziehen sie den Mond, wodurch er sich ein klein wenig schneller dreht und da er sich schneller und schneller dreht, bewegt er sich von der Erde weg – wenn auch nur mit einer Rate von 3,82 cm pro Jahr (Abbildung 1).

Meeres-schildkröten
(Chelonioidea) neigen dazu,
ihre Eier zu legen, wenn die
stärksten Springfluten
auftreten. Diese Gezeiten
erlauben den weiblichen
Schildkröten an den Strand
zu schwimmen, um ihre Eier
über der Hochwassermarke
(wo sie am besten brüten)
abzulegen.

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Szenario 1: was, wenn wir nie einen Mond gehabt hätten?

Was wäre auf der Erde passiert, wenn vor 4,5 Milliarden Jahren Theia friedlich seinen Weg passierte ohne auf die Erde aufzutreffen und einen Mond zu bilden? Nun, Leben mancher Arten würde vermutlich auf der Erde existieren, aber Menschen fast sicher nicht. Denken Sie an den sehr langen Verlauf der Evolution, die kleinen Veränderungen, die winzigen Anpassungen, die Organismen an ihre Umwelt machen. Es hätte nur kleine Änderungen der Umwelt der Erde benötigt, um den Verlauf der Evolution drastisch zu verändern. Ich würde diesen Artikel nicht schreiben – und Sie würden ihn nicht lesen.

Und hätte sich der Mond nie gebildet, wäre die Erde ein ganz, ganz anderer Ort. Ein Tag auf Erden wäre nur 8-10 h lang, ohne einen Mond, der diesen verlangsamt. Die schneller werdende Drehung würde Winde von 160-200 km über die Erdoberfläche fegen. Die Neigung der Erde würde schwanken, wodurch dramatische Änderungen der Temperatur über Tausende von Jahren resultierten. Und obwohl unsere Meere noch Gezeiten hätten, wären die Gezeiten viel geringer – lediglich verursacht durch die Sonne.

Vielleicht möchten Sie Ihre Schüler bitten darüber zu spekulieren, welche Arten von Leben sich auf der mondlosen Erde entwickelt hätten, die extremen Temperaturen, starken Winden, geringen Gezeitenhüben und kurzen Tagen standhalten könnten.

Szenario 2: was, wenn unser Mond plötzlich verschwinden würde?

Quallen (Cnidaria)und viele
andere Klassen von Meeres-
und Süßwasser Zooplankton
bewegen sich einem
Tagesrhythmus
entsprechend nach oben und
unten in die Wassertiefe.
Wenn der Mond
verschwinden würde, würden
die Tage auf Erden kürzer
werden und die Tiere
müssten sich an einen
kürzeren Tagesrhythmus
anpassen.

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von Nicolas Hoizey / Flickr

Angenommen der Mond würde morgen einfach verschwinden? Wir und alle anderen Organismen auf der Erde würden in ernsthafte Schwierigkeiten geraten: wir haben uns entwickelt, um unter einer bestimmten Reihe von Bedingungen zu leben und würden dann mit einem ganz anderen Umfeld konfrontiert werden. Diese Veränderungen würden im Verlauf von Tausenden bis Millionen von Jahren passieren, was wie eine lange Zeit klingen mag, aber die Änderungen würden dramatisch sein.

Ohne den Mond würde die Stabilität der Erdachse wieder verloren gehen, und mit ihm unsere vorhersagbaren Temperaturen. Betrachten wir die beiden Städte: Rom in Italien und Stockholm in Schweden. Im Sommer beträgt die durchschnittlich höchste Temperatur in Rom 29°C und im Winter die durchschnittliche höchste Temperatur 13°C. In Stockholm ist die Höchste im Sommer 20°C und im Winter ist sie 0°Cw1. Wenn sich die Erdkippachse änderte, würden sich die Temperaturen in diesen beiden Städten dramatisch verändern. Stellen Sie sich vor, die Temperaturen würden vertauscht werden: die Infrastruktur (z.B. Klimaanlagen oder Schneepflüge) wäre einfach in diesen Städten nicht vor Ort, damit Menschen komfortabel leben, arbeiten und essen können. Die Italiener, Schweden und alle anderen Lebensformen auf der Erde würden sich anpassen müssen oder wären vom Aussterben bedroht.

Viele Organismen wie
Hirsche paaren sich zu
bestimmten Zeiten des
Jahres. Welche Auswirkungen
könnte der Verlust des
Mondes – und unserer
Jahreszeiten – auf diese
Organismen haben?

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von Alex Groundwater / Flickr

Umziehen könnte eine Option sein, aber nicht für alle Organismen. Korallenriffe beispielsweise sind empfindlich und komplexe Ökosysteme, die möglicherweise nicht in der Lage sind sich schnell genug der sich ändernden Wassertemperatur anzupassen und würden wahrscheinlich sterben (Saxby et al., 2003).

Da sich die Temperaturen veränderten, würde die Erde außerdem ihre bewährten kalten Regionen verlieren: die Pole, die riesige Mengen an Eis enthalten. Dieses Eis würde schmelzen und die Meeresspiegel würden ansteigen, was die Küsten auf der ganzen Welt veränderte. Länder wie die Niederlande würden von Wasser bedeckt sein.

Mit dem Mangel an Stabilität der Erdachse würden wir auch unsere regelmäßigen Jahreszeiten verlieren, mit weitreichenden Folgen. Überlegen Sie, wie viele Organismen wachsen, begatten sich, ziehen fort oder halten zu bestimmten Zeiten des Jahres Winterschlaf. Und drastische Veränderungen der Temperatur würden die Vegetationszeit und das Klima für Pflanzen beeinflussen, was die Nahrungsmittelproduktion für Milliarden von Menschen auf der Erde immer komplexer machen würde.

Wenn wir unseren Mond
verlieren würden und damit
unsere regelmäßigen
Jahreszeiten, wie würde sich
dies auf Laubbäume
auswirken – die diese schöne
Herbstfarbe in der britischen
Seenplatte liefern?

Mit freundlicher Genehmigung
von midlander1231 / Flickr

Nichts als Irrsinn?

Sie haben nicht erwartet so viele offene Spekulationen in einem Wissenschafts-Artikel zu finden. Wie auch immer, Schüler anzuspornen sich eine Welt ohne Mond vorzustellen, ist eine unterhaltsame Übung, um all die interessanten Arten zu verdeutlichen, wie der Mond die Erde zu dem wunderbaren Planeten macht, den wir kennen. Eine solche Übung führt nicht nur komplexe Physik in einen einfachen Zusammenhang, sondern gibt auch Schülern die Möglichkeit über den Verlauf der Evolution und die Art und Weise, in der jeder Aspekt unseres Lebens durch unsere Umwelt beeinflusst wird, zu überdenken.

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Resources

Author(s)

Erin Tranfield promovierte im Mai 2007 in der Abteilung für Pathologie und Labormedizin an der Universität von British Columbia in Vancouver, Kanada. Danach verbrachte sie zwei Jahre am NASA Ames Research Center in Moffett Field, Kalifornien, USA, wo sie die Auswirkungen von Mondstaub auf die menschliche Physiologie und Pathologie untersuchte. Erin ist nun am European Molecular Biology Laboratory in Heidelberg, Deutschland und arbeitet an der dreidimensionalen Rekonstruktion der meiotischen Spindel mithilfe hochauflösender Elektronen-Tomographie.

Erin ist derzeit Lehrbeauftragte an der International Space Universityw2 und Mitglied des aktuellen Teams der Europäischen Weltraumorganisation zur Toxizität von Mondstaub.


Review

Der Mond ist schon immer in unserem Leben vorhanden gewesen und die meisten von uns sind sich seiner Bedeutung nicht bewusst. Vor dem Lesen dieses Artikels können Schüler nachdenken und den Einfluss des Mondes auf die Erde diskutieren. Die Diskussion kann in kleinen Gruppen durchgeführt werden, in denen alle Beteiligten die Möglichkeiten haben ihre Meinung auszudrücken.

Da der Artikel Informationen über die Rolle des Mondes beim Ursprung und der Evolution des Lebens enthält, könnte er auch als Einführung dienen, wie die Evolution funktioniert. Die Schüler könnten dann über den Einfluss sprechen, den die Menschen auf die Umwelt haben.

Schließlich enthält der Artikel auch einen Kontext für den Unterricht physikalischer Konzepte, insbesondere die Untersuchung der Gravitationsfelder, und hilft so, das Interesse der Schüler für das Thema zu erhöhen.

Der Artikel könnte als Verständnis-Übung verwendet werden, einschließlich Fragen wie:

  • Was ist der Ursprung des Mondes?
  • Was ist die Auswirkung des Mondes auf die Erde?
  • Was ist die Rolle des Mondes beim Ursprung und der Evolution von Leben auf der Erde?
  • Was würde passieren, wenn der Mond plötzlich verschwinden würde?

Mireia Guell Serra, Spainien




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