Ob es dafür biologische oder geologische Ursachen gibt, wird heftig diskutiert. David Catling und seine Kollegen vom Ames Research Center der NASA gehen nun davon aus, dass letztlich Methan-produzierende Organismen für den Sauerstoffanstieg verantwortlich waren. Dies scheint zunächst reichlich paradox, doch was passiert, wenn die Konzentration von Methan in der Atmosphäre ansteigt? Es verdrängt den Wasserstoff, der schlichtweg ins All entweicht.

In der Zeit vom ausgehenden Archaikum bis zum frühen Proterozoikum – also vor 3,0 bis 2,3 Milliarden Jahren – verband sich der Sauerstoff mit Wasserstoff und füllte so die Meere mit Wasser. Aufgrund steigender Methangehalte hätte demnach dazu immer mehr Wasserstoff gefehlt, sodass diese Abreicherung indirekt zu einer Anreicherung des Sauerstoffs führte. Nur, wäre dann nicht ein kontinuierlicher Anstieg in der Atmosphäre überliefert? Gab es eine Senke, die den photosynthetisch produzierten Sauerstoff 400 Millionen Jahre lang band und der Atmosphäre fern hielt?

Genau davon gehen viele Forscher aus. Catling und Kollegen vermuten, dass der Sauerstoff fast vollständig bei der Oxidation kontinentaler Kruste verbraucht wurde – und geraten damit zunächst in einen Widerspruch, denn die weite Verbreitung von reduzierten Mineralen, wie dem Pyrit oder dem Uraninit, spricht gegen eine direkte Oxidation der Gesteine. Die NASA-Forscher postulieren deshalb, dass der Sauerstoff der Oxidation weiträumig freigesetzter reduzierter Gase anheim fiel.

Denn die Kruste selbst unterlag stetiger Erneuerung – viel intensiver noch als heute. Die Landmassen waren noch jung, kollidierten, wurden subduziert und entstanden an anderer Stelle neu. Im Zuge dieser Prozesse spielten metamorphe Vorgänge bei niedrigen Temperaturen eine wichtige Rolle. Sie fanden nicht in großer Tiefe statt, sondern in den oberen Bereichen der Erdkruste, beispielsweise bei der Entstehung von Gebirgen infolge plattentektonischer Kollisionen. Global gesehen setzte diese niedrig temperierte Metamorphose große Mengen von Gasen frei – reduzierte Gase, die von ebendem biogenen Sauerstoff oxidiert wurden.

Langfristig gesehen veränderte dieser Prozess schließlich die chemische Zusammensetzung der Kruste. Sie reicherte den Sauerstoff an, was dazu führte, dass auch die metamorph freigesetzten Gase an Reduktionspotenzial verloren. Und irgendwann, vor 2,2 bis 2,4 Milliarden Jahren, war der Punkt erreicht, wo die reduzierende Wirkung der immer sauerstoffreicheren Erdkruste soweit abgenommen hatte, das plötzlich nicht mehr die Sauerstoffbindung durch reduzierte Gase überwog, sondern die Sauerstoffbildung durch Bakterien, die Photosynthese betrieben. Kaum war diese Schwelle überschritten, konnte der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre dramatisch ansteigen und die Weichen für beinahe alles zukünftige Leben stellen.