Vor etwa 2,4 Milliarden Jahren reicherte sich Sauerstoff allmählich in der Erdatmosphäre an ? Hunderte von Millionen von Jahren, nachdem die Cyanobakterien angefangen hatten, das Gas per Photosynthese zu produzieren. Diese bislang rätselhafte Verzögerung erklärt ein Modell von Mark Claire von der University of Washington, das der Forscher in dieser Woche auf einer Tagung der Geological Society of America in Calgary vorstellte.
Claire untersuchte in seinem Modell die verschiedenen Quellen und Senken für Sauerstoff. Hauptquelle war die Photosynthese, bei der die Cyanobakterien ? auch Blaualgen genannt ? Wasser und Kohlendioxid in organischen Kohlenstoff und Sauerstoff umwandeln. Da freier Sauerstoff ein reaktionsfreudiges Gas ist, wurde er durch verschiedene chemische Prozesse aber schnell wieder aus der Luft entfernt: In einer photochemischen Reaktion mit Methan, das damals reichlich in der Atmosphäre vorhanden war, zerfiel Sauerstoff wieder; Eisen aus der Kruste rostete in Anwesenheit von Sauerstoff, und vulkanische Gasen wie Schwefelwasserstoff reagierten ebenfalls mit dem lebenswichtigen Gas. Auch bei der Verwitterung der Gesteine wurde Sauerstoff verbraucht.
Claires Modell zeigt nun, dass die in der Erdkruste vorhandene Eisenmenge eine entscheidende Rolle dabei spielte, wie lange es nach der Erfindung der Photosynthese dauerte, bis der Sauerstoff in der Atmosphäre dauerhaft bestehen konnte. Wäre beispielsweise fünf Mal mehr Eisen in der Kruste, hätte es noch eine Milliarde Jahre länger gedauert, bis der Sauerstoff sich hätte durchsetzen können.
Ein weiterer entscheidender Prozess für den Aufstieg des Sauerstoffs war der Wasserstoffschwund in den Weltraum. Methanmoleküle, die in die hohe Atmosphäre gelangten, wurden durch UV-Licht von der Sonne zerstört. Die dabei frei werdenden Wasserstoff-Teilchen verflüchtigten sich teilweise in den Weltraum. “Dies ist der einzige Prozess, durch den sich Wasserstoff permanent aus der Erdatmosphäre entfernen lässt”, sagte Claire. Vor 2,4 Milliarden Jahren war die Wassersoffmenge so weit gesunken, dass die Sauerstoffproduktion die Menge der reduzierten, wasserstoffhaltigen Gase dauerhaft überstieg. Claire: “Ohne den Wasserstoffschwund sähe die Lufthülle der Erde heute immer noch aus wie die des Saturnmondes Titan.”
Ute Kehse
