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Blick auf die Erdatmosphäre von der Internationalen Raumstation aus. Bild: NASA (CC0)

Sauerstoffatmosphäre war unvermeidlich

Die sauerstoffreiche Erdatmosphäre wird gemeinhin als Paradebeispiel für den Einfluss der Biosphäre auf die Entwicklung eines Planeten angesehen. Nur durch ein ausgeklügeltes Zusammenspiel von Biosphäre und Planet sei die Erde in drei Schritten mit Sauerstoff geflutet worden. Ein Computermodell der Planetenentwicklung, das Geowissenschaftlerinnen und -Wissenschaftler im nordenglischen Leeds entwickelten, zeigt jetzt allerdings, dass die Rolle der Biosphäre möglicherweise geringer gewesen ist, als man bisher dachte.

In drei Schritten kam die ursprünglich sauerstofffreie Erde zu ihrer heutigen Atmosphäre: Mit der "Erfindung" der Photosynthese durch Einzeller vor mehr als 2,5 Milliarden Jahren wurde molekularer Sauerstoff überhaupt erst möglich. Vor 800 Millionen Jahren gab es dann den nächsten Schub und mit dem Auftritt der Landpflanzen stieg der Sauerstoffgehalt der Luft schließlich dramatisch an, erreichte im Karbon seinen bisherigen Höchststand von rund 30 Prozent und pendelt seither bei rund 21 Prozent. Das Leben machte aus der Erde einen bislang einzigartigen Planeten, so die Botschaft.

Doch vielleicht ist die Rolle der Biosphäre gar nicht so bedeutend gewesen. Modellversuche an der Universität Leeds, über die auf der Jahrestagung der Amerikanischen Geophysikalischen Union in San Francisco und zeitgleich in"Science" berichtet wurden, zeigen, dass zumindest in der Simulation nur der Evolutionssprung zur Photosynthese von Bedeutung war. "Unser Modell legt nahe, dass die Sauerstoffanreicherung der Erde bis auf ein Niveau, das komplexes Leben ermöglicht, unausweichlich war, sobald sich die Mikroben entwickelt hatten, die Sauerstoff produzieren", sagt Simon Poulton, Lehrstuhlinhaber für Geochemie und Erdgeschichte an der Universität Leeds.

Poulton und seine Mitarbeiter haben mit einem einfachen Modell die Entwicklung der Erde simuliert, in das sie aber die Stoffkreisläufe von Kohlenstoff, Sauerstoff und Phosphor integrierten. Und offenbar sind es vor allem zwei nicht-biologische Faktoren, die den photosynthesetreibenden Organismen halfen die Sauerstoffanreicherung unseres Planeten voranzutreiben: der langsam abklingende Vulkanismus und der Phosphor-Kreislauf. Auf der simulierten Erde brachte dieses Trio eine Sauerstoffanreicherung in Schritten zustande, ohne dass dazu größerer Evolutionsschritte oder aber tektonischer Ereignisse nötig waren.

Sauerstoffatmosphäre auf Exoplaneten eher möglich

"Das wirklich Faszinierende an diesen Ergebnissen ist eben, dass man keine zufälligen Ereignisse mehr braucht", betonte Joshua Krissansen-Totton auf der Pressekonferenz der AGU, der an der Universität von Kalifornien in Santa Cruz Astrobiologie erforscht. Mehr erfahren...

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