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Die Geburt des Blauen Planeten

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 23.08.2007 14:40

Ursprünglich gab es in der Erdatmosphäre keinen freien Sauerstoff, sondern vor allem Kohlendioxid, Wasserdampf und Stickstoff. Sie waren mit dem Meteoritenregen auf die Erde gekommen oder quollen durch die zahlreichen Vulkane aus dem Erdinneren. Erst das Leben sorgte für zusätzliche Bestandteile, zum Beispiel Methan oder Sauerstoff.

Die Photosynthese, bei der das für uns lebenswichtige Gas entsteht, war eine der grundlegenden Erfindungen, mit denen das Leben auf der Erde den Planeten vollkommen umkrempelte. Rein äußerlich zeigte sich daran, dass aus der orangefarbenen frühen Erde der blaue Planet wurde, so wie er heute aussieht. Die Paläontologen schätzen, dass Cyanobakterien vor rund 2,7 Milliarden Jahren den Mechanismus entwickelten, wie mit Hilfe des Sonnenlichts Energie aus Wasser zu gewinnen ist. "Allerdings gibt es den geologischen Daten zufolge eine Lücke von mindestens 300 Millionen Jahren", erklärt Colin Goldblatt von der Universität von East Anglia, "zwischen der 'Erfindung' der sauerstoffproduzierenden Photosynthese und dem Auftauchen des ersten freien Sauerstoffs in der Atmosphäre." Denn der macht sich erst vor rund 2,4 Milliarden Jahren bemerkbar und stieg dann urplötzlich steil an.

Erst durch die Photosynthese änderte die Erde ihre Farbe von orange, wie hier der Titan, zu blau wie auf dem nebenstehenden Bild. Foto: Esa

Seit die Geologen diese Lücke entdeckt haben, rätseln sie über ihren Grund. Irgendetwas muss den Sauerstoff so lange abgefangen haben, wenn denn die Photosynthese der Erfolg war, den man vermutet. Sauerstoff ist ein sehr aggressiver Stoff, der bereitwillig mit vielen Elementen und Molekülen Verbindungen eingeht. Unter den ersten, die das erfahren durften, werden gerade Mikroben gewesen sein, die heftig mit dem für sie tödlich giftigen Gas zu kämpfen hatten. Dennoch muss irgendetwas den Sauerstoff 300 Millionen Jahre lang gebremst haben.

Hypothesen gibt es zahlreiche, doch meistens passen sie an der einen oder anderen Stelle nicht zu den überlieferten Spuren. So stimmt die Vermutung, dass die Vulkane so viel Methan ausspuckten, dass der gesamte Sauerstoff durch die Reaktion mit diesem Gas verbraucht wurde, wohl nicht, weil die Vulkane früher genauso wie heute vor allem Kohlendioxid und Wasserdampf von sich gegeben haben. "Nennenswerte Methanmengen in der Luft gab es erst, als die Mikroben damit begonnen hatten, Kohlendioxid und Wasserstoff in Methan umzuwandeln", erklärt James Kasting, Geologieprofessor an der Pennsylvania-State University und Experte für die frühe Erdatmosphäre. Und diese Mengen haben zum Abpuffern des Sauerstoffs nicht gereicht.

Über die Ursache der Verzögerung wird also munter weiter gerätselt, doch Colin Goldblatt von der Universität East Anglia hat jetzt einen Mechanismus vorgestellt, der erklärt, wie es zu dem starken Anstieg im atmosphärischen Sauerstoff kam. Goldblatt: "Auf der jungen Erde lebten sowohl methan- als auch sauerstoffproduzierende Bakterien. Sie gaben Sauerstoff und Methan in die Atmosphäre ab, wo beides reagierte, der Sauerstoff verbraucht wurde und Kohlendioxid entstand. Das ist eine photochemische Reaktion." Diese Reaktion ist in Goldblatts Simulationen der Schlüssel zur Lösung. Denn photochemische Reaktionen laufen umso schneller ab, je energiereicher das Sonnenlicht ist, das auf die Reaktionspartner trifft. Da der frühen Erde der Sonnenschutz in Form einer Ozonschicht fehlte, war äußerst energiereiche UV-Strahlung präsent. Die Folge: Der frisch produzierte Sauerstoff reagierte mit dem Methan und wurde sofort vernichtet.

Es war dieser Teufelskreis, der erst nach 300 Millionen Jahren durchbrochen wurde. Da wurde ein Schwellenwert überschritten und gewissermaßen der Schalter zur Sauerstoffanreicherung in der Atmosphäre umgelegt. Goldblatt: "Sobald der Sauerstoff den Schwellenwert überschritt, entstand eine schützende Ozonschicht, und damit lief die Reaktion zwischen Sauerstoff und Methan viel langsamer. Der Sauerstoffgehalt schnellt hoch." Genau das lesen die Geochemiker aus den Steinen ab. Es war keine explosionsartige Vermehrung der photosynthesetreibenden Mikroben nötig, sondern eben nur dieser Schalter. Goldblatt kann allerdings nicht sagen, was diesen Schalter umgelegt hat. In dieser Beziehung muss das Rätselraten der Geologen noch weitergehen.