Die ersten Spuren von Sauerstoff konnten entdeckt werden

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03.10.2007 16:02
Kategorie: News
Rund 2,4 Milliarden Jahren ist es her, dass die Sauerstoff-Konzentration in der Luft und den Meeren in die Höhe schnellte - das Leben lernte zu atmen. Wie es zu dieser Revolution kam, ist bis heute unbekannt. Nun haben Forscher anhand uralter Steine einen Teil des Rätsels lösen können.

Was verursachte vor Milliarden von Jahren den plötzlichen Sauerstoffanstieg in der Atmosphäre und den Meeren? Allerorts suchten Forscher nach Spuren des Geschehens. "Es gibt nur wenige Orte, an denen so altes Gestein vorkommt, das nicht irgendwie geologisch verändert wurde", sagt Alan Kaufman von der University of Maryland. Einer dieser Orte ist das Hamersley-Becken in Nordwest-Australien mit seinen rund 2,5 Milliarden Jahre alten Meeresablagerungen. Ein Bohrkern durch die Sedimente verriet Kaufman und seinem Team, dass mehr als 50 Millionen Jahre vor dem sogenannten Sauerstoffsprung zumindest im oberen Ozean freier Sauerstoff vorkam.

Die Wissenschaftler hatten das Gestein besonders auf Schwefel und dessen Isotope untersucht. "Die Verteilung der verschiedenen Schwefeltypen zeigt, ob Sauerstoff den Schwefelkreislauf beeinflusst", schrieben die Wissenschaftler in der aktuellen Ausgabe des Fachmagazins "Science". Die meisten Schwefelatome besitzen 32 Bausteine in ihrem Kern, 16 Protonen und 16 Neutronen. Daneben gibt es beständige Typen mit 17, 18 oder 20 Neutronen. Ihre jeweiligen Anteile variieren mit dem Sauerstoffgehalt in der Umgebung - was Details über die Umweltbedingungen während der Ablagerung verrät.

Mitten in diesem Bohrkern entdeckten die Forscher einen markanten Wechsel. Der untere Teil wurde von Siderit dominiert, ein Eisenkarbonat, das nur unter sauerstofffreien Bedingungen vorkommt. Im oberen Teil war dagegen hauptsächlich Kalzit vorhanden, außerdem steigt der Anteil an organischem Material rapide an, evtl. Hinweise auf beginnende Bioaktivität? Das jedenfalls spiegelt sich auch in der Verteilung der Schwefelisotope.
Demnach enthielt die Luft wie die Ozeane vor zweieinhalb Milliarden Jahren bereits geringe Mengen Sauerstoff. An Land verwitterten Sulfide in Kontakt mit Sauerstoff zu Sulfat. Im Ozean wandelten Bakterien beim Abbau toter Organismen das Sulfat wieder in Sulfid um. "Vielleicht zum ersten Mal in der Erdgeschichte war die Wassersäule sauerstoffbedingt geschichtet", meinten Kaufmann und sein Team. Die Photosynthese von Algen entlang der damaligen Kontinentalränder habe das Gas ins Wasser gebracht.

Eine Spurenelementanalyse von Kollegen bestätigt das Szenario. Mit Hilfe modernster Technik haben Biochemiker den Bohrkern auf Molybdän getestet, da dessen Vorkommen von Sauerstoff abhängt. Wo schon die Schwefelwerte Umweltveränderungen angezeigt hatten, hat das Team auch einen Anstieg des Molybdängehalts gemessen.
Theoretisch wäre dafür auch eine andere Erklärung als die Existenz von Sauerstoff möglich. Das Molybdän könnte aus dem Erdinneren stammen und über heiße Quellen am Meeresboden ins Wasser gelangt sein.

Forschergruppen verglichen ihre Daten mit denen, die aus einem nahezu gleichaltrigen Bohrkern aus Südafrika gewonnen wurden - und sehen ihre Ergebnisse bestätigt. "Vermutlich stieg der Sauerstoffgehalt also weltweit leicht an."

"In einer Welt, in der es nicht eine Menge Sauerstoff gäbe, könnten wir nicht existieren", sagte das Forscherteam. Zu verstehen, wie es zu der relativ hohen Sauerstoff-Konzentration kam, "ist von fundamentaler Bedeutung bei der Frage, wie die Erde zu einem für uns lebensfreundlichen Planeten wurde."