Sauerstoff aus CO2: Auf der frühen Erde könnte der Sauerstoff in der Atmosphäre auch ohne Zutun der ersten Algen entstanden sein. Denn wie ein Laborexperiment nun belegt, kann energiereiches Licht CO2-Moleküle so zersetzen, dass aus ihnen direkt O2 entsteht. Diese abiotische Reaktion wirft auch ein neues Licht auf die Atmosphärenchemie fremder Planeten, wie die Forscher im Fachmagazin „Science“ berichten.
Sauerstoff ist für die meisten Organismen auf der Erde lebenswichtig. Das Atemgas ist die Grundlage für den Stoffwechsel aller Tiere und vieler Bakterien und gilt daher als wichtige Voraussetzung für die Entstehung dieser Lebensformen. Doch auf der frühen Erde war Sauerstoff rar: Die Uratmosphäre bestand aus vor allem aus Kohlendioxid und Stickstoff, dazu reichlich Wasserdampf.
Nach gängiger Lehrmeinung war es erst die Photosynthese der ersten Algen, die ausreichend Sauerstoff in die irdische Gashülle brachte, um eine lebensfreundliche Umgebung auch für Tiere zu schaffen. Zwar kann theoretisch Sauerstoff auch auf abiotische Weise entstehen, wenn Sonnenlicht auf Kohlendioxid trifft. Dieser Prozess erfordert aber mehrere Schritte und produziert dabei in einem Zwischenschritt auch das giftige Kohlenmonoxid.
Laser spaltet Sauerstoff ab
Jetzt jedoch haben Zhou Lu von der University of California in Davis und seine Kollegen in einem Experiment belegt, dass es auch ohne Zwischenschritte geht: Für ihr Experiment bestrahlten die Forscher CO2 mit einem sogenannten Vakuum-UV-Laser. Dessen Licht hat eine Wellenlänge unterhalb von 200 Nanometern und wird typischerweise von Luft absorbiert. Längere Strecken hält der Laserstrahl daher nur im Vakuum – daher der Name.
Durch die Bestrahlung mit dem Laserlicht nahm das CO2 so viel Energie auf, dass sich die Sauerstoffatome im Molekül spontan umlagerten und statt an entgegengesetzten Seiten des Moleküls auf eine Seite wanderten und sich dann schließlich abtrennten. „Unsere Ergebnisse belegen damit, dass O2 durch den lichtbedingten Zerfall des CO2 in einem Schritt passieren kann“, sagt Lu. Zwar wurde das Experiment mit einem Laser durchgeführt, nach Ansicht der Forscher reicht aber auch intensive Sonneinstrahlung aus, um diese Reaktion auszulösen.
Wichtig für Erdgeschichte und Planetenforschung
Von Bedeutung ist dieser Weg zum abiotisch erzeugten Sauerstoff auf zweierlei Weise: Zum einen für die Erdgeschichte, denn demnach könnte auch schon vor Entstehung der ersten Algen zumindest eine geringe Menge Sauerstoff in der Uratmosphäre produziert worden sein. Dass dies der Fall gewesen sein könnte, vermutet man schon seit 40 Jahren, bisher blieb aber unklar, woher dieser Sauerstoff gekommen sein könnte.
Die Ergebnisse werfen aber auch ein neues Licht auf die Atmosphärenchemie anderer Planeten. So ist die Gashülle von Mars und Venus beispielsweise reich an CO2, daher könnte auch dort Sauerstoff durch diese Photodissoziation entstehen. Auch bei der Erkundung von extrasolaren Planeten muss dieser Reaktionsweg nun in Betracht gezogen und in die Modelle der Atmosphärenchemie mit einbezogen werden. (Science, 2014; doi: 10.1126/science.1257156)
(University of California, Davis, 07.10.2014 – NPO)
