Folge 171: Die große Sauerstoffkatastrophe
Folge 171: Die große Sauerstoffkatastrophe.
Sauerstoff ist wichtig. Ohne Sauerstoff könnten wir nicht überleben. Und glücklicherweise besteht die Atmosphäre der Erde zu fast 21 Prozent aus diesem Gas. Aber das war nicht immer so. Und als der Sauerstoff das erste Mal in relevanten Mengen auf unserem Planeten aufgetaucht ist, war das die größte Katastrophe aller Zeiten.
Als die Erde vor 4,58 Milliarden Jahren gerade frisch entstanden war, hatte sie eine Atmosphäre die sich völlig von der heutigen unterschied. Sie bestand aus Wasserstoff und Helium, den beiden Elementen die im Universum auf häufigsten sind und die auch am häufigsten in der Scheibe aus Gas und Staub vertreten waren, aus denen sich unsere Sonne und die Planeten gebildet haben.
Neben Wasserstoff und Helium fanden sich in der Uratmosphäre wahrscheinlich auch noch geringe Spuren von Methan und Ammoniak. Insgesamt also eine ungesunde und übelriechende Mischung. Zumindest für Menschen…
Wasserstoff und Helium sind allerdings recht leichte Atome und bewegen sich deswegen vergleichsweise schnell. Außerdem war es früher auf der Erde noch enorm heiß. Radioaktive Elemente im Erdinneren gaben Strahlung ab; die Erde selbst hatte sich noch nicht komplett “gesetzt” und schrumpfte noch unter ihrer eigenen Anziehungskraft. Durch diese Verdichtung wurde ebenfalls Wärme frei und dann waren da noch die vielen Felsbrocken, die damals noch überall durch den Weltraum sausten und ständig auf der Erde eingeschlagen sind. Ingesamt war es also enorm heiß. So heiß, dass die Atome in der Uratmosphäre sich enorm schnell bewegt haben. So schnell, dass die Schwerkraft der Erde sie nicht festhalten konnte.
Und die Sonne war ja auch noch. Sie bildete sich gemeinsam mit ihren Planeten und als sie soweit fertig war, dass dort die Kernfusion einsetzen konnte, ging es der Uratmosphäre so richtig an den Kragen. Nach dem Zünden der Sonne setzte auch ein extrem starker Sonnenwind ein, der dann auch noch den letzten Rest der Uratmosphäre beseitigt hat.
Nach ein paar hundert Millionen Jahre war nichts mehr von ihr übrig und bis es eine neue Atmosphäre gab, dauerte es ein wenig. Zuerst musste die Erde ein wenig abkühlen. Die Asteroideneinschläge wurden weniger, die Erde gab Wärmeenergie ins Weltall ab und irgendwann kühlte auch die Kruste des Planeten soweit, dass sich dort Vulkane bilden konnten. Aus diesen Vulkanen gelang geschmolzenes Gestein aus dem Erdinneren an die Oberfläche und mit ihm auch diverse Gase, die vorher im Gestein gebunden waren.
Diese neue Atmosphäre wird die “Erste Atmosphäre” genannt obwohl es ja eigentlich schon die zweite war. Aber da die Uratmosphäre so kurzlebig war, zählt sie nicht mit. Die erste Atmosphäre also bestand nun zu etwa 80 Prozent aus Wasserdampf. Dazu kamen noch circa 10 Prozent Kohlenstoffdioxid, 6 Prozent Schwefelwasserstoff und diverse andere Gase in geringen Mengen. Allerdings immer noch kein Sauerstoff!
Im Prinzip waren das die gleichen Gase, die auch heute noch von Vulkanen produziert werden. Aber weil es auf der frühen Erde immer noch so warm war, konnte der ganze Wasserdampf nicht als Regen zur Erde fallen. Freies Wasser auf der Erdoberfläche gab es nicht; alles sammelte sich als Wasserdampf in der Atmosphäre.
Irgendwann war es aber dann kühl genug und dann regnete es. Ordentlich. Und lang. Wirklich ordentlich und wirklich lange! Knapp 40.000 Jahre lang! Jetzt gab es Ozeane und andere Gewässer auf der Erde und in ihnen entwickelten sich die ersten Lebensformen. Der Stoffwechsel dieser Bakterien erzeugte Stickstoff und Methan, der sich in der Atmosphäre anreicherte. Gleichzeitig nutzten die Lebewesen Kohlenstoffdioxid um ihre Biomasse aufzubauen. Schwefelwasserstoff und Kohlenstoffdioxid wurden auch in den Meeren gelöst und verschwanden so aus der Atmosphäre. Es gab also immer mehr Stickstoff und immer weniger andere Gase.
Das ging so knapp 3,4 Milliarden Jahre und dann war aus der ersten die zweite Atmosphäre geworden, die fast komplett aus Stickstoff bestand. Es gab Leben auf der Erde, aber nur im Meer und es bestand nur aus Bakterien und anderen Mikrolebewesen und es gab immer noch keinen Sauerstoff.
Der kam erst mit der dritten Atmosphäre. Eine Bakterien und Algen fingen an, eine neue Art von Stoffwechsel auszuprobieren, bei der als Abfallprodukt Sauerstoff entstand. Zuerst hatte das keine große Auswirkungen. Der Sauerstoff, der produziert wurde, reagierte mit anderen Molekülen, zum Beispiel mit Eisen oder Schwefelwasserstoff. Nichts davon gelangte aus dem Meer in die Atmosphäre. Erst vor 2,3 Milliarden Jahren änderte sich die Sache. Mittlerweile war im Ozean schon so viel Sauerstoff, dass er in die Atmosphäre entweichen konnte.
Bis die kleinen Bakterien und Algen merkbare Mengen produziert hatten, dauerte es ein wenig. Vor einer Milliarde Jahren betrug die Konzentration von Sauerstoff in der Atmosphäre erst 3 Prozent. Und für den Großteil der damaligen Lebewesen war das definitiv keine gute Entwicklung. Sie waren darauf nicht vorbereitet und der reaktionsfreundige Sauerstoff war reines Gift für sie. So gut wie alle Lebewesen starben aus; es war das größte Massensterben in der Geschichte des Planeten.
Übrig blieben nur diejenigen Lebewesen, die sogenannte Peroxidasen entwickeltet hatten. Das sind spezielle Enzyme, die in der Lage sind die für den Stoffwechsel schädlichen Sauerstoffverbindungen aufzuspalten und damit ungefährlich zu machen. Sie überlebten die “Große Sauerstoffkatastrophe” und von ihnen stammen so gut wie alle heute existierenden Lebewesen ab; inklusive uns Menschen. Wir sind auf den Sauerstoff angewiesen, damit unser Stoffwechsel funktioniert und wir können nur in der aktuellen, der dritten Atmosphäre der Erde überleben.
Nachdem ersten Auftreten des Sauerstoffs reicherte sich immer mehr an und vor knapp einer halben Milliarde Jahren war so viel vorhanden, dass sich in der oberen Atmosphäre aus den einzelnen Sauerstoffatomen Ozon-Moleküle bilden konnte. Seitdem schützt uns die Ozonschicht vor der schädlichen UV-Strahlung aus dem All, was für die weitere Entwicklung des Lebens von enormer Bedeutung war. Vor etwa 350 Millionen Jahren hatte die Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre dann den heutigen Wert erreicht. Zwischendurch schwankte sie immer wieder mal; stiegt auf bis zu 30 Prozent, sank dann wieder auf 15 Prozent und als sich dann irgendwann auch endlich die ersten Bäume auf der Erde entwickelt hatte, pendelte sich der Wert wieder bei den knapp 20 Prozent ein, die wir auch heute noch messen.
Die Geschichte der Großen Sauerstoffkatastrophe zeigt eindrucksvoll, dass wir in einer Welt leben, die nicht unbedingt speziell für uns gemacht ist. Wir sind nur deswegen hier, weil wir von den wenigen Überlebenden des damaligen Massensterbens abstammen. Sie zeigt aber auch, wie komplex die gesamte Ökologie der Erde ist. Der Stoffwechsel von ein paar Bakterien und Algen im Ozeanen kann den ganzen Planeten verändern. Er hat den Planeten nachhaltig verändert. Und wir sollten uns daher sehr genau überlegen, wie wir mit unserer Erde umgehen. Wie schnell wir die Ozonschicht kaputt machen können, haben wir ja in der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts deutlich demonstriert. Es hat lange genug gedauert, bis sich die dritte, für uns Menschen lebensfreundliche Atmosphäre gebildet hat. Wir sollten besser darauf achten, was wir damit anstellen und ob es wirklich so eine gute Idee ist, leichtfertig Kohlendioxid und andere Gase in dem Ausmaß freizusetzen in dem wir das derzeit tun.
Die Atmosphäre des Planeten hat sich schon dreimal grundlegend verändert. Beim letzten Mal waren die Bakterien dafür verantwortlich. Den Wechsel zu einer möglichen “Vierten Atmosphäre” könnten wir Menschen verursachen. Ob das dann aber eine Atmosphäre ist, in der wir leben können, ist zweifelhaft…
