Wärmende Hülle: Die Atmosphäre der Erde war vor drei Milliarden Jahren nicht dicker als heute. Das belegen Analysen von in abgekühltem Lavagestein eingeschlossenen Gasblasen – und widerlegen damit eine gängige These. Wie Forscher im Fachmagazin „Nature Geoscience“ berichten, war der urzeitliche Atmosphärendruck erstaunlich niedrig. Trotz der dünnen Hülle und schwacher Sonnenstrahlung war es auf der Erde damals jedoch wohl einigermaßen warm – vermutlich weil es mehr Treibhausgase gab als bisher angenommen.
Als schützende Hülle um unseren Planeten bildet die Atmosphäre der Erde eine wichtige Grundlage für Leben – und sie hat eine einzigartige Beschaffenheit: Im Vergleich zu ihren Nachbarplaneten Mars und Venus enthält der Luftmantel der Erde nicht nur mehr Sauerstoff, auch das Verhältnis von Stickstoff zu Edelgasen ist fundamental verschieden. Die Gaskomposition wirkt unter anderem wie eine wärmende Decke und sorgt dafür, dass ein Teil der Wärmestrahlung der Sonne nicht zurück ins Weltall entweichen kann.
Doch nicht immer herrschten so lebensfreundliche Bedingungen auf unserem Planeten wie heute. „Vor 2,7 Milliarden Jahren lebten nur Einzeller auf der Erde, die Atmosphäre enthielt keinen Sauerstoff und das Sonnenlicht war rund ein Fünftel schwächer“, berichten Forscher um Sanjoy Som von der University of Washington in Seattle. Damit die Erde trotz der geringeren Wärmestrahlung warm blieb, muss ihre Atmosphäre damals dicker gewesen sein – das besagt eine gängige These.
Spurensuche in urzeitlicher Lava
Dass diese Annahme falsch sein könnte, darauf weist nun eine Untersuchung von Som und seinen Kollegen hin. Das Team hat in Lavagestein eingeschlossene Blasen analysiert, um herauszufinden, wie die urzeitliche Atmosphäre ausgesehen hat. Die Idee dahinter: Wenn flüssiges Gestein schnell von oben nach unten abkühlt, schließt es Gasblasen ein. Die unterschiedlichen Größen dieser Blasen können verraten, wie viel Luftdruck beim Abkühlen auf die Lava gewirkt hat.
Für ihre Studie untersuchten die Wissenschaftler 2,7 Milliarden Jahre alte Basaltlava aus dem Beasley River im Westen Australiens. Sie bohrten in die erhärteten Lavaströme und bestimmten die Größe der enthaltenen Bläschen. Schon die ersten Messungen überraschten die Forscher: „Die Daten deuteten auf eine erstaunlich leichte Atmosphäre hin“, berichten sie.
Erstaunlich leichte Atmosphäre
Weitere Analysen mithilfe von Röntgenscans bestätigten die Ergebnisse: Demnach muss der Atmosphärendruck den Blasen zufolge damals weniger als halb so hoch gewesen sein wie heute – und das bedeutet, dass die Lufthülle um die Erde dünner war als gedacht. Was jahrelang als gesichert galt – nämlich, dass ein höherer Atmosphärendruck die blassere Sonne kompensierte – scheint damit widerlegt.
„Unsere Ergebnisse sind genau das Gegenteil von dem, was man erwartet hätte“, erklären die Forscher. „Wenn sie stimmen, hätte das weitreichende Konsequenzen für die damaligen Bedingungen auf der Erde.“ So wirke sich eine leichtere Atmosphäre etwa auf Windstärken sowie andere klimatische Faktoren aus und habe zudem Einfluss auf den Siedepunkt von Flüssigkeiten.
Mehr Treibhausgase, weniger Stickstoff?
Wie aber ist es möglich, dass auch vor rund drei Milliarden Jahren keine eisigen Temperaturen auf unserem Planeten herrschten und es flüssiges Wasser gab? Dafür haben Som und seine Kollegen eine Erklärung: Nicht die Dicke der Atmosphäre sorgte demnach dafür, die verfügbare Wärme effizient einzuschließen, sondern ihre Zusammensetzung.
„Es muss mehr Hitzefänger in Form von Treibhausgasen wie Methan und Kohlendioxid gegeben haben – und weniger Stickstoff“, schreiben die Forscher. „Die Stickstoffkonzentrationen in der Atmosphäre scheinen im Laufe der Erdgeschichte stärker geschwankt zu haben als bisher angenommen.“
Die Wissenschaftler wollen nun weiteres Gestein suchen, das ihre Ergebnisse bestätigen könnte. Die atmosphärischen Bedingungen der urzeitlichen Erde zu verstehen, kann ihnen zufolge auch dabei helfen, die Wahrscheinlichkeit für potenzielles Leben auf anderen Planeten besser abzuschätzen. (Nature Geoscience, 2016; doi: 10.1038/ngeo2713)
(University of Washington, 10.05.2016 – DAL)
