Wie kam die Erde zu ihrem Sauerstoff? - Panorama

Das war nicht immer so. Wenn man in die Zeit der frühen Erde zurückreisen könnte, würden die Lungen vieler heute bekannten Lebewesen an einer sauerstoffarmen Atmosphäre ersticken. Das Gas, das der Mensch zum Überleben braucht, tauchte erst etwa in der Mitte der heutigen Lebensspanne unseres Planeten in nennenswerten Mengen auf. Wie erhielt die Erdatmosphäre also ihren Sauerstoff? Die einfache Antwort ist, dass frühe Mikroorganismen es mithilfe eines Prozesses produzierten, den Sie vielleicht schon in der Grundschule kennengelernt haben: der Photosynthese. Photosynthese ist der Prozess, bei dem Pflanzen und andere Organismen Sonnenlicht, Wasser und Kohlendioxid nutzen, um Energie zu erzeugen. Als Nebenprodukt wird Sauerstoff freigesetzt, der der Erde im Laufe der Zeit eine sauerstoffreiche Atmosphäre verliehen hat, die für komplexe Lebensformen geeignet ist. Wie der Kosmos genau die Voraussetzungen dafür geschaffen hat, ist nicht mit völliger Sicherheit bekannt, aber wir kennen die Grundlagen. Fangen wir am Anfang an. Die Pflege und Ernährung der frühen Erde Unsere Sonne entstand vor etwa 4,57 Milliarden Jahren aus einer Wolke aus kollabierendem Staub und Gas in einer unauffälligen Ecke der Milchstraße. Das bei der Entstehung der Sonne übrig gebliebene Material verschmolz mit allem anderen in unserem Sonnensystem, einschließlich der Erde, die vor etwa 4,55 Milliarden Jahren entstand. Die Erde war praktisch noch ein Baby, als vermutlich vor etwa 4,51 Milliarden Jahren eine marsgroße Welt namens Theia in den Planeten eingedrungen ist. Der größte Teil des Erdmantels wurde durch den Aufprall geschmolzen und aus den geschmolzenen Überresten der Kollision entstand der Mond. Verdampftes Gestein und Silikatwolken umkreisten die Erde und ließen unsere Welt wie einen kleinen, feurigen Jupiter erstrahlen. Mondentstehung Unser Planet wurde im Laufe seiner frühen Geschichte von weiteren Weltraumgesteinen beworfen. Diese Einschläge könnten vor 4,0 bis 3,8 Milliarden Jahren ihren Höhepunkt erreicht haben, als sich die Umlaufbahnen der Riesenplaneten veränderten und Objekte durch das innere Sonnensystem schleuderten. Dieses Ereignis ist als &bdquo;Late Heavy Bombardement“ bekannt. Wir wissen nicht genau, wann das Leben auf der Erde entstand. Es ist möglich, dass das Leben entstand und mehrmals durch gewaltige Einschläge ausgelöscht wurde, bevor es sich endgültig durchsetzte. Unsere frühesten direkten Beweise für Leben stammen aus der Zeit vor etwa 3,7 Milliarden Jahren. Das Leben, wie wir es kennen, braucht Wasser, also hatte die Erde Wasser, als das Leben entstand. Aber woher kam dieses Wasser? Eine Theorie besagt, dass die Erde mit den in ihren Gesteinen eingeschlossenen elementaren Vorläufern des Wassers geboren wurde. Eine zweite Möglichkeit besteht darin, dass wasserreiche Asteroiden die Erde bombardierten und Wasser hierher brachten. Es ist auch möglich, dass eine Kombination beider Theorien stattgefunden hat. Die Bausteine der Erde waren wahrscheinlich nicht eisig, da die Sonne im inneren Sonnensystem heiß genug ist, um Eis zu schmelzen und es so direkt von einem Feststoff in einen Gaszustand umzuwandeln. Es ist jedoch möglich, dass die chemischen Vorläufer von Wasser in den Gesteinen vorhanden waren, aus denen die Erde entstand. Die Rosetta-Mission der Europäischen Weltraumorganisation zeigte, dass Kometen wie 67P/Churyumov-Gerasimenko nicht gut zum Wasser der Erde passen. Dennoch sind wasserreiche Asteroiden immer noch eine Möglichkeit. Beweise für Asteroiden kamen kürzlich von der japanischen Hayabusa2-Mission, die Proben des Asteroiden Ryugu zur Erde zurückbrachte. In einer anderen aktuellen Studie wird die Theorie aufgestellt, dass Theia, die riesige Welt, die die Erde beeinflusste und unseren Mond formte, die Wasserquelle der Erde gewesen sein könnte. Von Cyanobakterien bis Homo Sapiens Frühe Organismen lebten in einer Atmosphäre ohne Sauerstoff und voller Kohlendioxid, ähnlich wie die heutige Venus und der Mars. Wie diese Mikroben unter solch rauen Bedingungen überlebten, ist nicht ganz klar, aber Wissenschaftler haben heutige Mikroben gefunden, die in den salzigen Tiefen des Mittelmeers und in einem arsenhaltigen Fluss in der chilenischen Atacama-Wüste ohne Sauerstoff leben. Dann geschah etwas Außergewöhnliches: Ein mikroskopisch kleiner Organismus namens Cyanobakterien entstand und begann, Sonnenlicht, Kohlendioxid und Wasser zu nutzen, um in einem Prozess namens Photosynthese Nahrung zu produzieren. Das Nebenprodukt der Photosynthese ist Sauerstoff. Der geschätzte Zeitpunkt, zu dem dies geschah, schwankt zwischen 3,0 Milliarden und 2,8 Milliarden und 2,7 Milliarden und 2,5 Milliarden Jahren. Zunächst wurde der von Cyanobakterien produzierte Sauerstoff in Mineralien und Meerwasser gebunden. Doch vor 2,4 bis 2,5 Milliarden Jahren produzierten Cyanobakterien genug Sauerstoff, um in der Erdatmosphäre gespeichert zu werden. Dieser Zeitraum, in dem der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre deutlich anzusteigen begann, wird als &bdquo;Großes Oxidationsereignis“ bezeichnet. In der Zwischenzeit begannen Mikroben mit Weiterentwicklungen. Einige begannen, in anderen Mikroben zu leben, gruppierten sich dann und bildeten die Vorläufer komplexeren Lebens. Es entstanden einfache, auf Sauerstoff basierende Lebewesen, beispielsweise Schwämme, die bereits vor 760 Millionen Jahren auf der Bildfläche erschienen. Vor etwa 350 Millionen Jahren erreichte der Sauerstoffgehalt der Erde 20 %, was ungefähr dem heutigen Prozentsatz entspricht. Die Sauerstoffkonzentration stieg weiter auf 35 %, bevor ein abkühlendes Klima und das großflächige Absterben vieler Pflanzen die Konzentration auf 12 % absinken ließen. Die Werte schwankten weiter, bevor sie sich bei den heutigen 21 % stabilisierten. Sauerstoff bereitete die Bühne für einige legendäre Tiere, darunter auch für uns. Dinosaurier, die keine Vögel waren, entwickelten sich und durchstreiften die Erde vor 245 bis 66 Millionen Jahren – ein außergewöhnlicher Lauf, der endete, als ein etwa 10 Kilometer breiter Asteroid die Erde auf der Höhe der Halbinsel Yukatan (heute in Mexiko) traf. Unsere Vorfahren des Homo Sapiens erschienen erst vor 300.000 Jahren, was das Alter der Menschen zu einem relativen Zeitsprung auf der kosmischen Zeitskala machte. Ein Reiseführer in andere Welten Bei der Erforschung anderer Welten ist es hilfreich, die Hintergrundgeschichte der Erde zu kennen. Während die Entdeckung einer sauerstoffreichen Exoplaneten-Atmosphäre Grund zum Feiern sein könnte, bedeutet eine Atmosphäre ohne Sauerstoff nicht unbedingt, dass es auf dem Planeten kein Leben gibt. Ein solcher hypothetischer Exoplanet bereitet sich möglicherweise einfach auf sein eigenes großes Sauerstoffanreicherungsereignis vor oder könnte dann Leben beherbergen, das überhaupt keinen Sauerstoff produziert oder nicht darauf angewiesen ist. Der Saturnmond Titan hat eine Atmosphäre, die der der frühen Erde ähneln könnte. Das von frühen Erdorganismen produzierte Methan könnte einen orangefarbenen Schleier um unseren Planeten gebildet haben, der dem des Titanen ähnelt und das frühe Leben vor den ultravioletten Strahlen der Sonne schützt. Die Dragonfly-Mission der NASA soll 2027 starten und die Geheimnisse dieses mysteriösen Mondes enthüllen. Heute produzieren photosynthetische Organismen in den Ozeanen der Erde etwa die Hälfte des Sauerstoffs des Planeten. Eine bestimmte Art, Prochlorococcus, produziert 20 % des Sauerstoffs in unserer Biosphäre. Prochlorococcus ist eine Art von Cyanobakterien, derselbe Organismus, der ursprünglich Sauerstoff in unsere Atmosphäre gepumpt hat. Die Prozesse, die unsere Welt vor Milliarden von Jahren geformt haben, unterscheiden sich nicht allzu sehr von denen heute.