Am Meeresboden wurde an der Erdatmosphäre mitgebaut

7. September 2014, 23:50
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Kieler Forscher glauben, Tiere sorgten dafür, dass die Atmosphäre zu einem neuen Gleichgewicht fand

Kiel - Die heutige "dritte" Erdatmosphäre ist das Erbe der sogenannten Großen Sauerstoffkatastrophe, die vor etwa 2,4 Milliarden einsetzte: Durch Photosyntheseaktivität von Cyanobakterien und anderen einfachen Organismen stieg der Sauerstoffgehalt stark an und führte zum Tod zahlloser anaerober Mikroorganismen - während andere sich den neuen Bedingungen anpassten.

Einen derart fundamentalen Wechsel wie zwischen den Atmosphären Zwei (hauptsächlich Stickstoff sowie Wasserdampf und Kohlendioxid) und Drei hat es seitdem nicht mehr gegeben. Aber abgeschlossen war der Wandlungsprozess damit noch lange nicht. Der Sauerstoffgehalt stieg weiter an und erlebte vor etwa 540 Millionen Jahren eine Art Feintuning, wie das Kieler Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung berichtet.

Neue Erkenntnisse

Kieler Forscher haben zusammen mit Kollegen aus Großbritannien, Dänemark und China eine Verbindung zwischen Organismen, die im Sediment der Meeresböden leben, und der atmosphärischen Sauerstoffkonzentration nachgewiesen und berichten darüber in "Nature Geoscience". "Vor 540 Millionen brachte die Evolution die ersten größeren Organismen hervor, die den Meeresboden durchwühlen, zum Beispiel Würmer. Diese Tiere griffen in die Stoffkreisläufe der Ozeane ein, was letztendlich auch die Atmosphäre beeinflusste“, sagt der Kieler Biogeochemiker Andrew Dale.

Genauso wie heute betrieben Algen und andere Kleinstorganismen schon damals Photosynthese im Meerwasser. Dabei wird Kohlenstoff gebunden und Sauerstoff freigesetzt, der in die Meere und die Atmosphäre gelangt. Das Plankton benötigt zum Wachstum aber auch Phosphate als Nährstoffe. "Ohne ausreichende Phosphat-Versorgung kein Phytoplankton und damit keine Sauerstoffproduktion“, so Dale.

Auf dem Weg zu einem neuen Gleichgewicht

Die Forscher erstellten Modelle der Vorgänge im heraufdämmernden Kambrium. Diesen zufolge vergrößerte sich die Kontaktfläche zwischen Sedimenten und dem sehr sauerstoffreichen Wasser erheblich, als erstmals massenhaft das Sediment durchwühlende Würmer und andere Tiere in Erscheinung traten. Bakterien, die im Sediment leben, wurden dadurch angeregt, verstärkt Phosphate in ihren Zellen zu speichern.

Die Phosphate fehlten damit im Wasser der Ozeane, was wiederum das Planktonwachstum begrenzte. Damit sank auch die Sauerstoffproduktion des Phytoplanktons und damit der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre.

Auf diese Weise stellte sich ein neues Gleichgewicht ein: Denn auch die im Sediment lebenden Organismen benötigen Sauerstoff. Sank dessen Gehalt im Meerwasser zu stark, konnten sie das Sediment nicht mehr so intensiv durchmischen, die Phosphatkonzentrationen im Wasser stiegen wieder, das Phytoplankton vermehrte sich und produzierte wieder mehr Sauerstoff. Tierische Aktivitäten sorgten den Forschern zufolge also letztlich für die Stabilität der Erdatmosphäre, wie wir sie heute noch kennen. (red, derStandard.at, 7. 9. 2014)

  • So sieht ein Atmosphärenarchitekt aus: Fossil eines Priapuliden-Wurms der Gattung Ottoia, gefunden im Burgess-Schiefer des kanadischen Yoho-Nationalparks.
    foto: martin brasier, university of oxford

    So sieht ein Atmosphärenarchitekt aus: Fossil eines Priapuliden-Wurms der Gattung Ottoia, gefunden im Burgess-Schiefer des kanadischen Yoho-Nationalparks.

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