Eine vermehrte Düngung der Urzeitmeere durch Phosphor könnte der Auslöser für die ersten Algenblüten und damit die Anreicherung der Uratmosphäre mit Sauerstoff gewesen sein. Darauf deuten marine Ablagerungen von Phosphatgestein im Erdaltertum hin, die immer dann auftraten, wenn Kontinentalverschiebung und Gletscher besonders starke Erosion verursachten. Erst der von den Algen produzierte Sauerstoff veränderte allmählich den Urzeithimmel zum heutigen Himmelblau.
Die Uratmosphäre der Erde enthielt noch kaum Sauerstoff dafür vermutlich reichlich Methan, das den Himmel eher orangerötlich als blau färbte. Die „Luft zum Atmen“ entwickelte sich erst im Laufe der Zeit in zwei Phasen: Vor 2,5 bis zwei Milliarden Jahren stiegen die Sauerstoffgehalte der Atmosphäre zunächst bis auf rund zehn Prozent des heutigen Werts. In dieser Zeit entwickelten sich die ersten einzelligen Organismen durch Aufnahme der Mitochondrien zu Eukaryonten weiter und begannen größer zu werden. Die zweite Phase der Sauerstoffzunahme folgte vor einer Milliarde bis 540 Millionen Jahren und brachte die Konzentrationen auf nahezu das heutige Niveau. Während dieser Phase – und vor allem mit Beginn des Kambrium – entwickelten sich die ersten mehrzelligen Lebewesen innerhalb kurzer Zeit zu großer Vielfalt.
Phosphatgestein zeugt von Algenblüten
Doch was löste diese Phasen der Sauerstoffzunahme jeweils aus? Diese Frage ist bis heute nur in Teilen geklärt. Forscher um Dominic Papineau von der Carnegie Institution for Science haben jetzt neue Erkenntnisse gewonnen. Sie analysierten phosphathaltiges Sedimentgestein, das sich im Proterozoikum vor 2,5 Milliarden bis 540 Millionen Jahren abgelagert hat. „Diese Zeitperiode ist für die Geschichte der Erde kritisch, weil es verschiedenen unabhängige Beweislinien gibt, die einen Anstieg des Sauerstoffs an seinem Beginn und Ende zeigen“, so Papineau.
Phosphate finden sich heute vor allem in Sedimentgesteinen, die einst aus Ablagerungen am Meeresboden entstanden. Das Phosphat in ihnen stammt dabei vorwiegend aus den Relikten von abgesunkenen Meeresorganismen, vor allem Planktonalgen. Die Analyse von proterozoischem Sedimentgestein aus dem indischen Rajasthan enthüllte nun, dass immer dann besonders viel Phosphat abgelagert wurde, wenn einerseits starke Kontinentalverschiebungen und Vergletscherungen auftraten und gleichzeitig die Zusammensetzung der Atmosphäre sich besonders stark veränderte.
Zeitliche Parallelen zu Phasen erhöhter Erosion
„Phospatgestein bildete sich im Laufe der Erdgeschichte nur sporadisch“, erklärt Papineau. „Und es ist auffallend, dass ihr Vorkommen immer mit größeren biogeochemischen Veränderungen und signifikanten Sprüngen in der biologischen Evolution einhergeht.“ Seiner Ansicht nach könnten in diesen Phasen veränderte Erosions- und Verwitterungsmuster aufgetreten sein, die besonders viel Phosphor in die Meere gespült haben. Diese wie ein Düngemittel wirkende Nährstoffschwemme kurbelte in der Folge das Algenwachstum an. Die Algenblüten wiederum produzierten durch ihre Photosynthese erhöhte Mengen Sauerstoff, die sie an die Atmosphäre abgaben. Die Reste der Algen sanken auf den Meeresgrund hinab und wurden im Laufe der Zeit zu Phosphatgesten.
Sauerstoffproduktion angekurbelt
Während heute ein solcher Nährstoffeinstrom vielerorts zur Überdüngungen und sogar zum „Umkippen“ von Gewässern geführt hat, hätte diese allmähliche Anreicherung nach Ansicht des Forschers im Erdaltertum eine lebensspendende Wirkung gehabt. „Während des Proterozoikums ereignete sich dies über Zeitspannen von hunderten von Millionen Jahren und führte nach und nach zu einer immer sauerstoffreicheren Atmosphäre“, so Papineau. „Diese Sauerstoffzunahme hatte ohne Zweifel bedeutende Konsequenzen für die Evolution komplexen Lebens.“
(Carnegie Institution, 12.05.2010 – NPO)
