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Erdgeschichte: Sauerstoffschub durch Nickelmangel?

Bändererz
Das "Große Oxidationsereignis" vor 2,4 Milliarden Jahren wurde womöglich durch einen Nickelmangel ausgelöst: Er sorgte dafür, dass methanproduzierende Mikroorganismen plötzlich ins Hintertreffen gerieten, während die Sauerstoff erzeugende Konkurrenz die Atmosphäre mit dem Gas anreichern konnten.

Diese These stellen Geowissenschaftler um Kurt Konhauser von der University of Alberta in Edmonton auf, die in gebänderten Eisenformationen nach dem Spurenelement gesucht hatten. Diese Bändererze wurden vor 3,8 Milliarden bis 550 Millionen Jahren in den Ozeanen abgelagert, als es noch keinen oder nur wenig Sauerstoff gab, der das Eisen hätte oxidieren können. In den wechselnden Lagen aus Eisenmineralen und Silikaten finden sich zudem geringe Spuren an Schwermetallen wie Nickel, dessen Gehalt in den Ozeanen vor dem starken Sauerstoffschub an der Grenze zwischen Archaikum und Proterozoikum 400 Mal höher war als heute, wie die Forscher maßen.

Bändererz in Kanada | Gesteine wie diese gebänderten Eisenformationen geben Auskunft über die Umweltbedingungen in der Frühzeit der Erde.
Vor 2,7 Milliarden Jahren begann die Nickelkonzentration jedoch abzunehmen, 200 Millionen Jahre später hatte sie sich halbiert, was Konhausers Team auf einen gewandelten Vulkanismus zurückführen. Anfänglich dominierte Magma aus heißem Mantelgestein, das reich an Nickel ist. Die Erosion trug das Metall dann in die Ozeane, wo es sich letztlich in den Bändererzen niederschlug. Als sich die Erde jedoch zunehmend abkühlte, veränderte sich auch die chemische Zusammensetzung der Lava, die nickelärmer wurde.

Das hatte fatale Konsequenzen für die Methanproduzenten, die stark auf nickelhaltige Enzyme im Stoffwechsel setzen und deshalb zum Überleben auf das Spurenelement angewiesen sind. Der zunehmende Mangel hungerte sie quasi aus und verschaffte Cyanobakterien und Algen einen entscheidenden Vorteil. Dadurch gelangte weniger Methan, aber umso mehr Sauerstoff in die Atmosphäre, der sich nun anreichern konnte, weil er nicht mehr nur mit dem Faulgas zu Kohlendioxid und Wasser reagierte.

Andere Erklärungsansätze für das Große Oxidationsereignis machen beispielsweise die Plattentektonik verantwortlich, die erst durch Kontinentalzusammenstöße ausreichend Nährstoffe für die Sauerstoffproduzenten freisetzte. Übermäßig viele vulkanische Gase wiederum sollen das lebenswichtige Gas ausgebremst haben, weil sie es chemisch aufbrauchten. (dl)

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  • Quellen
Konhauser, K. et al.: Oceanic nickel depletion and a methanogen famine before the Great Oxidation Event. In: Nature 458, S. 750–754, 2009.

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