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Rückfall in alte Zeiten

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 14.10.2013 09:08

Die sauerstoffreiche Atmosphäre ist Markenzeichen und derzeit Alleinstellungsmerkmal der Erde. Doch auch unser Planet hat die Sauerstoffhülle erst seit gut der Hälfte seiner bisherigen Existenz und zumindest zu Beginn dieser Periode gab es offenbar den einen oder anderen Rückschlag. In den aktuellen Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten europäische Forscher von dieser Achterbahn.

Am Lake Thetis in Westaustralien gibt es noch Stromatolithen.Die Sauerstoffhülle der Erde ist einzigartig. Keiner anderer uns bekannter Planet oder Mond hat eine solche Lufthülle. Und weil sie unseres Wissens nur existieren kann, wenn es Leben gibt, ist derzeit auch kein anderer belebter Planet bekannt. Begonnen hat dieser Teil der Erdgeschichte mit der so genannten Große Sauerstoffkrise vor rund 2,3 Milliarden Jahren. Krise deshalb, weil der Sauerstoff, den Cyanobakterien mittels Photosynthese produzierten, für die anderen Lebewesen höchst giftig war und er dort, wohin er vordrang, zumindest eine Krise, wenn nicht gar eine Katastrophe auslöste. Ob Krise, gar Katastrophe, oder wie im Englischen neutraler "Ereignis": Der erste deutliche Anstieg des molekularen Sauerstoffs in der Lufthülle ist einer der entscheidenden Umbrüche in der Erdgeschichte. Doch so scharf wie ursprünglich gedacht war diese Zäsur offenbar nicht. Zum einen finden sich mittlerweile immer mehr Indizien, dass schon vor dem Ereignis molekularer Sauerstoff in der Atmosphäre war, wenn auch in vergleichsweise homöopathischen Dosen. Zum anderen kennen die Wissenschaftler Phasen nach dem Sauerstoffereignis, in denen die Atmosphäre wieder in Richtung extremer Sauerstoffarmut kippte.

Eines dieser Ereignisse stellen europäische Forscher in den aktuellen Abhandlungen der US-amerikanischen Akademie der Wissenschaften vor. Schon 200 Millionen Jahre nach dem steilen Sauerstoffanstieg ging es ebenso steil wieder bergab: Vor 2,08 Milliarden Jahren erreichten die Gehalte ein Niveau, das nach Einschätzungen des Teams um Donald Canfield von der Universität von Süddänemark in Odense den Tiefpunkt der jüngsten 2,3 Milliarden Jahre markiert. Die Wissenschaftler fanden die Spuren dieser dramatischen Achterbahn in den Franceville-Sedimenten im westafrikanischen Gabun. Dies sind Sedimente, die zwischen 2,5 und 2,08 Milliarden Jahre alt sind und seither nicht groß verändert wurden. Im obersten Teil dieses zwischen 1000 und 2500 Meter dicken Pakets fanden die Forscher die verräterischen Zeichen dafür, dass es mit den Sauerstoffwerten in der Atmosphäre steil bergab gegangen sein muss.

2,43 Milliarden Jahre alt sind die Stromatolithen-Fossilien in Strelley Pool im Pilbara.Der Nachweis ist, wie für die frühen Epochen der Erdgeschichte typisch, indirekt. Im Fall der gabunischen Sedimente sind es die für organisches Material charakteristischen Verhältnisse zwischen dem leichten Kohlenstoffisotop C-12 und dem schwereren C-13 und verschiedene Spurenelemente, die die Argumentation stützen. Lebewesen neigen zum leichteren Isotop, wenn sie ihre Biomasse aufbauen. Findet man ein zugunsten des leichten C-12 verschobenes Verhältnis in einer Sedimentschicht, wird das als Zeichen für einen hohen organischen Anteil interpretiert. In den Zeiten von vor 2,3 Milliarden Jahren bis vor etwa 2,1 Milliarden Jahren war der Gehalt des leichten Kohlenstoffs C-12 hoch, es wurde also viel organisches Material deponiert. Dann jedoch änderte sich das Geschehen, der C-12-Gehalt sank drastisch. Die Forscher folgern daraus, dass zu dieser Zeit das vorher deponierte organische Material zersetzt wurde, ein Vorgang der üblicherweise viel Sauerstoff verbraucht. Ein Blick auf Spurenmetalle wie Molybdän, Vanadium und Uran stützt diese Ansicht, denn auch ihre Anreicherung schwankt mit dem Sauerstoffgehalt.

Die plötzliche Verarmung könnte überdies vergleichsweise lange angedauert haben. Die Sedimente aus Gabun geben darüber keine Auskunft, denn sie brechen im Alter von rund 2,08 Milliarden Jahre ab, doch die Forscher um Donald Canfield führen Beispiele aus Westaustralien und Südkanada an, die im Alter von 1,89 Milliarden Jahren ebenfalls extrem sauerstoffarme Zustände widerspiegeln. Aus Sicht der Geochemiker spricht viel dafür, dass beide Ereignisse zusammengehören und somit ein 200 Millionen Jahre langes sauerstoffarmes Intervall in der Erdgeschichte nach dem großen Sauerstoffereignis markieren.