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News: Kein Sauerstoff, viel Methan

Fast die ganze erste Hälfte ihrer bisherigen Geschichte war die Luft auf der Erde sauerstofffrei und enthielt dafür ziemlich hohe Methankonzentrationen. Doch was zunächst unwirtlich erscheint, war für die Entwicklung des Lebens vermutlich höchst förderlich.
Die Erdgeschichte ist über 4,5 Milliarden Jahre lang, gut die Hälfte davon liegt weitgehend im Dunkeln. Insbesondere, was die Entwicklung der Atmosphäre angeht, widersprechen sich die Belege. So sind sich Forscher beispielsweise nicht einig, ob und wieviel Sauerstoff die Uratmosphäre enthielt. Und auch das faint young sun paradox blieb bislang ungelöst: Warum war die Erde während des Archaikums nicht so kalt, dass alle Ozeane gefroren – obschon die Strahlkraft der Sonne seinerzeit um ein Drittel geringer war als heute?

Auf die Sauerstofffrage fanden James Farquhar von der University of Maryland und seine Kollegen nun eine neue Antwort, nachdem sie in Botswana auf Minerale mit einer verräterischen Verteilung der Schwefelisotope gestoßen waren. Sie zeugt nämlich davon, dass die ultraviolette Strahlung der Sonne im Wellenlängenbereich von 190 bis 220 Nanometern im Archaikum ungehindert auf die Erdoberfläche treffen konnte – und das ist genau der Spektralbereich, wo die UV-Strahlung heutzutage von Sauerstoff und Ozon absorbiert wird.

Die Existenz des charakteristischen Isotopensignals in den Schwefeleinschlüssen zeugt also davon, dass Sauerstoff in der Atmosphäre des Archaikums – das ist die Zeit vor 3,8 bis 2,5 Milliarden Jahren – allenfalls in Spuren vorkam [1].

Das faint young sun paradox hingegen hat womöglich eine Arbeitsgruppe um Kirsten Habicht von der University of Southern Denmark in Odense geknackt. Denn die Forscher hatten festgestellt, dass die Isotopenzusammensetzungen der Ozeane während des Archaikums – sie ist in vielerlei Gesteinen überliefert – nur eines bedeuten konnten: Die Sulfatkonzentrationen in den Meeren waren damals sehr niedrig und erreichten nur ein Hundertstel des heutigen Wertes [2].

Geringe Sulfatkonzentrationen lassen aber vor allem auf die geringe Aktivität von Bakterien schließen, die mithilfe des Sulfats organische Substanzen umsetzen – und ergo auch nur wenig Kohlendioxid produzieren. Das heutzutage so bedeutsame Treibhausgas schiede für die globale Erwärmung somit wohl aus. Der Treibhauseffekt, der die Ozeane während des Archaikums schmelzen ließ, musste also eine andere Ursache haben. Und dafür gibt es nur einen Kandidaten: Methan, welches von den ersten Organismen auf der Erde produziert wurde.

Heute kann sich dieses Treibhausgas, das 23-mal so wirksam ist wie Kohlendioxid, wegen des Sauerstoffs in der Atmosphäre nur einige Jahre dort halten, bevor es oxidiert wird. Doch unter den sauerstofffreien Bedingungen des Archaikums konnte ein Methanmolekül wohl 10 000 Jahre lang wirksam sein, heizte auf diese Weise die Erde auf und sorgte so für optimale Umstände für das frühe Leben auf unserem Planeten.

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