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The effect of a biosphere on the habitable timespan of stagnant-lid planets and implications for the atmospheric spectrum

Höning, Dennis und Carone, L. und Baumeister, Philipp und Chubb, K. L. und Grenfell, J. L. und Hakim, K. und Iro, N. und Taysum, B. und Tosi, Nicola (2025) The effect of a biosphere on the habitable timespan of stagnant-lid planets and implications for the atmospheric spectrum. Astronomy & Astrophysics, 693, A205. EDP Sciences. doi: 10.1051/0004-6361/202451940. ISSN 0004-6361.

[img] PDF - Verlagsversion (veröffentlichte Fassung)
10MB

Offizielle URL: https://www.aanda.org/articles/aa/full_html/2025/01/aa51940-24/aa51940-24.html

Kurzfassung

Temperature-dependent biological productivity controls silicate weathering and thereby extends the potential habitable timespan of Earth. Models and theoretical considerations indicate that the runaway greenhouse on Earth-like exoplanets is generally accompanied by a dramatic increase in atmospheric H2O and CO2, which might be observed with the upcoming generation of space telescopes. If an active biosphere extends the habitable timespan of exoplanets similarly to Earth, observing the atmospheric spectra of exoplanets near the inner edge of the habitable zone could then give insights into whether the planet is inhabited. Here, we explore this idea for Earth-like stagnant-lid planets. We find that while for a reduced mantle, a surface biosphere extends the habitable timespan of the planet by about 1 Gyr, for more oxidising conditions, the biologically enhanced rate of weathering becomes increasingly compensated for by an increased supply rate of CO2 to the atmosphere. Observationally, the resulting difference in atmospheric CO2 near the inner edge of the habitable zone is clearly distinguishable between biotic planets with active weathering and abiotic planets that have experienced a runaway greenhouse. For an efficient hydrological cycle, the increased bioproductivity also leads to a CH4 biosignature observable with JWST. As the planet becomes uninhabitable, the H2O infrared absorption bands dominate, but the 4.3-µm CO2 band remains a clear window into the CO2 abundances. In summary, while the effect of life on the carbonate-silicate cycle leaves a record in the atmospheric spectrum of Earth-like stagnant-lid planets, future work is needed especially to determine the tectonic state and composition of exoplanets and to push forward the development of the next generation of space telescopes.

elib-URL des Eintrags:https://elib.dlr.de/211033/
Dokumentart:Zeitschriftenbeitrag
Titel:The effect of a biosphere on the habitable timespan of stagnant-lid planets and implications for the atmospheric spectrum
Autoren:
AutorenInstitution oder E-Mail-AdresseAutoren-ORCID-iDORCID Put Code
Höning, DennisPotsdam Institute for Climate Impact Researchhttps://orcid.org/0000-0002-1190-4895NICHT SPEZIFIZIERT
Carone, L.Space Research Institute, Austrian Academy of Sciences, Schmiedl-strasse 6, 8042, Graz, AustriaNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Baumeister, PhilippPhilipp.Baumeister (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0001-9284-0143176447066
Chubb, K. L.Centre for Exoplanet Science, University of St Andrews, St Andrews, UKNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Grenfell, J. L.lee.grenfell (at) dlr.deNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Hakim, K.Royal Obs. BelgiumNICHT SPEZIFIZIERTNICHT SPEZIFIZIERT
Iro, N.nicolas.iro (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0003-2329-418X176447067
Taysum, B.benjamin.taysum (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-0856-4340176447068
Tosi, Nicolanicola.tosi (at) dlr.dehttps://orcid.org/0000-0002-4912-2848NICHT SPEZIFIZIERT
Datum:2025
Erschienen in:Astronomy & Astrophysics
Referierte Publikation:Ja
Open Access:Ja
Gold Open Access:Nein
In SCOPUS:Ja
In ISI Web of Science:Ja
Band:693
DOI:10.1051/0004-6361/202451940
Seitenbereich:A205
Verlag:EDP Sciences
ISSN:0004-6361
Status:veröffentlicht
Stichwörter:exoplanet, stagnant lid, biosphere, spectra
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HGF - Programm:Raumfahrt
HGF - Programmthema:Erforschung des Weltraums
DLR - Schwerpunkt:Raumfahrt
DLR - Forschungsgebiet:R EW - Erforschung des Weltraums
DLR - Teilgebiet (Projekt, Vorhaben):R - Planetary Evolution and Life
Standort: Berlin-Adlershof
Institute & Einrichtungen:Institut für Planetenforschung > Extrasolare Planeten und Atmosphären
Institut für Planetenforschung > Planetenphysik
Hinterlegt von: Grenfell, John Lee
Hinterlegt am:23 Jan 2025 08:12
Letzte Änderung:30 Jan 2025 12:48

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