Die Sauerstoff-Katastrophe
Berzelius Mountain
Felswand mit zwei- und dreiwertigen Eisenmineralien im Kong Oskar Fjord, Nordostgrönland.
Foto: Gunnar Dillmann, Nordostgrönland 2012
Der Wandel der Atmosphäre
Die Gebirge erzählen von der Entwicklung unserer Erdatmosphäre. Die Gesteine bestehen aus Eisenmineralien. Die erste Atmosphäre der Erde enthielt Methan und Wasserstoffe und war chemisch reduzierend. Abgeschiedenen Eisenminerale sind "zweiwertig" und gelb - ockerfarben.
Mit der Anreicherung des Sauerstoffs wurde die Atmosphäre oxidierend, und Eisenminerale wurden als chemisch "dreiwertige" Mineralien ausgeschieden. DIe Schichtung ist in den grönländischen Fjorden hervorragend zu sehen.
Der Prozess lief nicht ohne Probleme. Der von den Cyanobakterien produzierte Sauerstoff ist für Mikroorganismen stark giftig, und die Anreicherung in der Atmosphäre brachte das Leben an den Rand des Aussterbens: die Große Sauerstoff-Katastrophe war da!
Sauerstoff ist für Mikroorganismen stark giftig, und die Anreicherun in der Atmosphäre brachte das Leben an den Rand des Aussterbens.
2 Fotos: Nordostgrönland, Gunnar Dillmann 2012.
Die Schichtungen der Mineralien im 2. Foto dokumentieren die Änderungen der Atmosphäre: auf einer Basis aus chemisch zweiwertigen ockergelben Eisenmineralen wurde mit dem Auftauchen von Sauerstoff zunächst dreiwertiges Eisenoxid (rostrot) abgeschieden und abgelagert.
Schließlich reicherte sich überschüssiger Sauerstoff in der Atmosphäre an, und ließ viele Mikroorganismen sterben. Die Sauerstoffproduktion der Mikroorganismen ließ nach, und es wurde wieder zweiwertiges Eisen abgeschieden.
In der nun wieder weniger giftigen Atmosphäre erholten sich die Mikroorganismen und die Produktion giftigen Sauerstoffs setzte wieder ein, wie die erneuten Ablagerungen der roten Mineralien zeigen. In diesem Wechsel pendelte die Atmosphäre mehrmals zwischen den verschiedenen Zuständen. Ebenso pendelte das Leben auf der Erde zwischen der Bedrohung des Aussterbens durch den selbst erstellten Sauerstoff und ihrer Erholung, bis sich die Atmosphäre stabilisierte:
Der entstandene Sauerstoff oxidierte das starke Treibhausgas Methan zu Kohlendioxid. Kohlendioxid, ebenfalls ein Treibhausgas, wurde von anderen Organismen zusammen mit Calcium in deren Kalkschalen gebunden und bildete die Kalkgesteine und Marmor als Basis vieler heutiger Gebirge.
In der nun wieder weniger giftigen Atmosphäre erholten sich die Mikroorganismen und die Produktion giftigen Sauerstoffs setzte wieder ein, wie die erneuten Ablagerungen der roten Mineralien zeigen. In diesem Wechsel pendelte die Atmosphäre mehrmals zwischen den verschiedenen Zuständen. Ebenso pendelte das Lauf der Erde zwischen der Bedrohung des Aussterbens durch den selbst erstellten Sauerstoff und ihrer Erholung, bis sich die Atmosphäre stabilisierte:
Der entstandene Sauerstoff oxidierte das starke Treibhausgas Methan zu Kohlendioxid. Kohlendioxid, ebenfalls ein Treibhausgas, wurde von anderen Organismen zusammen mit Calcium in deren Kalkschalen gebunden und bildete die Kalkgesteine und Marmor als Basis vieler heutiger Gebirge.
Die Treibhausgase wurden reduziert, die Erde kühlte ab. Wahrscheinlich kam es zu einer großen Eiszeit, und die Entwicklung des Lebens und damit auch die Sauerstoffproduktion wurden gebremst, so dass sich ein Gleichgewicht in der Atmosphäre bilden konnte.
Auch Tiere und höhere Pflanzen entwickelten sich, und besiedelten schließlich auch die Landflächen. An Land können Brände von Pflanzen Sauerstoff aus der Atmosphäre zu Kohlendioxid binden. Die neu entstandenen Tiere wiederum benötigen den von Pflanzen und Bakterien produzierten Sauerstoff zum Atmen, und geben Kohlendioxid beim Ausatmen ab. Dieses benötigen die Pflanzen zum Wachsen.
Mit diesem Kreislauf, der bis heute abläuft, hatte das Leben einen Ausweg aus der Sauerstoff-Katastrophe gefunden.
Das Bild oben zeigt am gegenüberliegenden Fjordufer riesige, gebirgsbildende Ablagerungen von dreiwertigen rostroten Eisenmineralen, die infolge der Anreicherung der Atmosphäre mit Sauerstoff diesen aus der Atmosphäre entfernten. Schließlich gab es kein im Wasser gelöstes zweiwertiges Eisen mehr und der Sauerstoff konnte sich ungebremst anreichern.
Die Felsen des diesseitigen Ufers sind vulkanischen Ursprungs, wie warme Quellen im Vordergrund zeigen.
Fotos: Gunnar Dillmann, Svalbard (Spitzbergen, 2015)
Ein Kalk- und Marmorsteinbruch auf der arktischen Insel Spitzbergen
Ebenfalls auf Spitzbergen liegt dieser alte verlassene Kalk- und Marmorsteinbruch.
Die Gesteine haben sich aus Abermilliarden Kalkskeletten von Meerestierchen, Schneckenschalen, Korallen etc. gebildet. So wurden riesige Mengen des Treibhausgases Kohlendioxid aus der Atmosphäre entfernt und die Aufheizung der Erdtemperatur begrenzt. Zeitweise führter der Prozess sogar zu Eiszeiten.
Heute gibt es Experimente, wie man diesen Prozess künstlich erzeugen und nutzen kann, um die Klimaerwärmung zu bremsen. Dies reicht von der Düngung der Meere, um die Algen- und Planktonbildung anzuregen über das Verstreuen von Basaltmehl auf Feldern bis zu technisch maschinellen Versuchen