Geschichte der Erdatmosphäre

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Veränderung des Kohlendioxid- und des Sauerstoffgehalts der Atmosphäre seit 4,5 bzw. 3,5 Milliarden Jahren

Die vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstandene Erde besaß zunächst keine Atmosphäre und war schutzlos einem Bombardement von Meteoriten ausgesetzt, der den ohnehin heißen Erdkörper noch weiter erhitzte. In den Ausgasungen einer sich in einem schmelzflüssigen Zustand befindlichen Erde und in den Gasen gewaltiger Vulkanausbrüche wird der Ursprung der Atmossphäre vor über 4 Milliarden Jahre vermutet. Die wichtigsten Entgasungsprodukte waren Wasserdampf und Kohlendioxid, aus denen die Uratmosphäre damals zu 90% bestand, daneben in kleineren Mengen aus Methan und Stickstoff. Es gab in dieser Atmosphäre keinen Sauerstoff. Die sehr hohe Konzentration von Kohlendioxid und Wasserdampf lässt ein sehr extremes Treibhausklima über ca. 2 Milliarden Jahre vermuten, wie wir es heute auf der Venus finden und in dem kein Leben möglich war. Aufgrund der günstigen Position der Erde zur Sonne führte jedoch eine zunehmende Abkühlung zur Kondensation des Wasserdampfes und zur Bildung des Urozeans. Die Kondensation entzog der Atmosphäre das eine Treibhausgas, den Wasserdampf. In dem entstehenden Ozean wurde dann das andere, das Kohlendioxid, gelöst, verband sich mit Kalzium aus der Verwitterung und sank auf den Meeresboden, wo es über lange Zeiträume in Kalkgestein gebunden und damit der Atmosphäre völlig entzogen wurde.

Im Urozean der Erde entstanden vor etwa 3,5 Milliarden Jahren oder früher die ersten Organismen, Bakterien und einfachste Einzeller. Diese Organismen entwickelten die Photosynthese und banden auf diese Weise weiteres Kohlendioxid, wodurch der CO₂-Gehalt der Atmosphäre weiter gesenkt wurde. Sie produzierten außerdem als "Abfallprodukt" Sauerstoff, der zunächst mit Eisen und Schwefel im Meer reagierte, später aber in die Atmosphäre entwich und dort die Grundlage für die Entwicklung komplexerer, vielzelliger Lebensformen bildete. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre blieb allerdings über die lange Zeit des gesamten Archaikums (4-2,5 Milliarden Jahre v.h.) sehr gering und betrug deutlich weniger als 1% des heutigen Anteils. Die abnehmende Oxidation im Meer und die zunehmende Photosynthese, bald auch von höher entwickelten Pflanzen wie Bäumen, ließ danach den Sauerstoffgehalt aber zunehmend ansteigen. Vor 2 bis 2,3 Milliarden Jahren gab es einen deutlichen Sprung von 10^-13 auf 10^-5 bar. Bis zum Beginn des Kambriums (540-500 Millionen Jahre v.h.) kletterte der Wert weiter und schwankt seitdem bis heute zwischen 20 und 30%. Durch die Senkung des CO₂- und den Anstieg des O₂-Gehalts war eine Atmosphäre entstanden, die eine Voraussetzung für die Entwicklung höherer Lebensformen war. Es entstanden riesige Wälder, in denen Dinosaurier lebten, und schließlich der Mensch.