Je weiter wir in die Vergangenheit zurückgehen, desto schwieriger wird es, die damaligen Umweltbedingungen auf der Erde zu rekonstruieren. Fossilien erzählen die Entwicklung des Lebens, Eisbohrkerne und Gesteine berichten von früheren Klimaverhältnissen. Doch solche Hinweise sind lückenhaft und manchmal schwer zu finden, sodass die Erdgeschichte ein riesiges Puzzlespiel zu sein scheint, dessen Teile Wissenschaftler mit viel Mühe nach und nach aufstöbern.

Eine ganz entscheidende Phase war die Zeit vor etwa 2,5 Milliarden Jahren, als der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre recht plötzlich anstieg, was weitreichende Folgen für die damals lebenden Organismen hatte – und die Grundlage für unsere Umwelt von heute lieferte. Durch diesen Prozess veränderten sich natürlich auch die Stoffkreisläufe auf der Erde. Das bezeugen Sedimentgesteine, die aus Ablagerungen zum Beispiel am Boden von Ozeanen oder großen Seen entstehen und so die chemische Zusammensetzung des Wasserkörpers und seiner Organismen archivieren.

Anhand eisenhaltiger Gesteine aus dem Präkambrium konnten James Farquhar und seinen Kollegen von der University of California in San Diego nun ein weiteres Mosaiksteinchen zum Wissen über die Erdgeschichte beisteuern: Sie wiesen nach, dass sich in der Zeit von vor etwa 2,5 Millarden Jahren und 2,1 Milliarden Jahren der Schwefelkreislauf durch den steigenden Sauerstoffgehalt grundlegend verändert hat (Nature vom 4. August 2000).

Die Forscher untersuchten das Verhältnis von Schwefel- und Sauerstoffisotopen in verschiedenen Gesteinsproben. So stellten sie fest, dass bis vor 2,5 Milliarden Jahren die atmosphärischen Sauerstoffkonzentration noch relativ gering war. Das Sulfat in den Ozeanen stammte offenbar aus vulkanischen Quellen, die in der urzeitlichen Atmosphäre photochemisch oxidiert wurden. Doch schon rund 400 Millionen Jahre später spielte diese atmosphärische Oxidation für das Sulfatreservoir der Meere keine große Rolle mehr. Denn nun stammten die Sulfate vor allem von den Landoberflächen, wo sie sich durch oxidative und mikrobielle Verwitterung aus Sulfiden bildeten. Dafür waren aber ein deutlich höherer Sauerstoffgehalt nötig.

Die von den Wissenschaftlern eingesetzte Methode ist noch nicht sehr lange bekannt. Denn bisher waren Forscher davon ausgegangen, dass sich die von Farquhars Team verwendeten Variationen in den Isotopen nur in meteoritischen Gesteinen oder anderen extraterrestrischen Quellen finden und ein einzigartiges Nebenprodukt der Nukleosynthese sind. Doch erst am 13. Juli 2000 berichteten Wissenschaftler um Huiming Bao, ebenfalls von der University of California in San Diego, dass sie dieselben charakteristischen Spuren in 20 Millionen Jahre alten Gesteinen der Namib nachweisen konnten. Damit können Klimaforscher nun Hinweise auf die Zusammensetzung unserer Atmosphäre aus sehr viel früheren Epochen gewinnen als bisher.

Siehe auch

• Spektrum Ticker vom 17.7.2000
  "Eine Sanduhr im wahrsten Sinne des Wortes"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum Ticker vom 7.7.1999
  "Eine Sanduhr im wahrsten Sinne des Wortes"
  (nur für Ticker-Abonnenten zugänglich)
  
• Spektrum der Wissenschaft 6/98, Seite 27
  "Erste moderne Tiere schon im Präkambrium"
  (nur für Heft-Abonnenten online zugänglich)