Erdgeschichte Chrom erzählt die Sauerstoff-Historie der Atmosphäre

Zwei Mal in der Erdgeschichte ist die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre schlagartig gestiegen. Details darüber waren bislang unklar. Eine neue Methode erlaubt nun den Blick zurück - und belegt verblüffende Schwankungen der lebenswichtigen Verbindung.

Blick auf Erde und Atmosphäre: Steigende und sinkende Sauerstoffwerte
REUTERS

Blick auf Erde und Atmosphäre: Steigende und sinkende Sauerstoffwerte


Great Oxidation Event nennen Geoforscher die beiden Ereignisse, die vor etwa 2,4 Milliarden und vor etwa 750 Millionen Jahren die Erdatmosphäre einschneidend verändert haben. Schlagartig stieg dabei jeweils die Sauerstoffkonzentration an - aber Details dieser für die Entstehung des Lebens elementar wichtigen Vorgänge waren bislang nicht bekannt.

Dank einer neuen Methode ist es einem internationalen Forscherteam jetzt gelungen, einen genaueren Blick in die Historie der Atmosphäre zu werfen. Robert Frei von der Universität Kopenhagen und seine Kollegen untersuchten eisenreiches Sedimentgestein von verschiedensten Orten der Erde, das bis zu drei Milliarden Jahre alt ist. Freis Team analysierte die Zusammensetzung der Chrom-Isotope in dem Gestein und stellte fest, dass die Isotope den Sauerstoffgehalt der Atmosphäre widerspiegeln.

Den Zusammenhang erklären die Wissenschaftler so: Wenn der Sauerstoffgehalt der Luft steigt, reagiert im Gestein enthaltenes Mangan zu Manganoxid. Dabei gehen Elektronen aus in dem Sediment benachbarten Chrom-Atomen zum Mangan über. Die derart ihrer Elektronen beraubten Atome oxidieren dann leichter, werden in Regenwasser gelöst und ausgewaschen. Allerdings geschieht dieses Auswaschen beim Isotop Chrom-53 mit größerer Wahrscheinlichkeit als bei Chrom-52. Das Isotopenverhältnis erlaubt deshalb Rückschlüsse auf den Sauerstoffgehalt der Luft zum Zeitpunkt, als die eisenhaltigen Sedimente von Gestein eingeschlossen wurden.

Überraschende Sauerstoffdelle

Die Analyse der Proben aus aller Welt brachte eine Überraschung, wie die Forscher im Fachblatt "Nature" berichten. Vor 1,9 Milliarden Jahren sanken die Sauerstoffwerte nämlich plötzlich wieder auf Werte, die so niedrig waren wie vor dem ersten Great Oxidation Event. Das Niveau entsprach einem Hundertstel des heutigen Sauerstoffanteils in der Atmosphäre von rund 21 Prozent. Daraus folgern die Forscher, dass das erste Great Oxidation Event keinen stufenweise Anstieg der Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre auslöste.

Nebenbei belegte die Analyse auch einen direkten Zusammenhang von hohen Sauerstoffwerten und einem kühleren Klima. Mehr Sauerstoff habe es Organismen ermöglicht, mehr CO2 zu verbrauchen, sagte Frei. In der Folge sei es kälter geworden, weil die Konzentration des Treibhausgases sank. "Wir hoffen, dass die Ergebnisse dazu beitragen, um die komplexen Vorgänge beim Klimawandel besser zu verstehen."

hda

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