Vor ungefähr 2,4 Milliarden Jahren durchlief die Erdatmosphäre eine enorme Veränderung, die als „Großes Oxidationsereignis“ bekannt ist. Dieser Wechsel von einer sauerstoffarmen zu einer sauerstoffreichen Umgebung kann für die Entstehung von Leben verantwortlich sein. Wissenschaftler sind jedoch äußerst neugierig darauf, wie unsere Atmosphäre nicht lange nach der Entstehung unseres Planeten ausgesehen haben könnte. Jetzt verwenden Forscher des New Yorker Zentrums für Astrobiologie am Rensselaer Polytechnic Institute einige der ältesten bekannten Mineralien, um zu verstehen, was ungefähr fünf Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde passiert sein könnte.
Wissenschaftler haben größtenteils theoretisiert, dass die Atmosphäre der frühen Erde von schädlichem Methan, Kohlenmonoxid, Schwefelwasserstoff und Ammoniak dominiert wurde. Diese stark reduzierte Mischung führt zu einer begrenzten Menge an Sauerstoff und hat zu einer Vielzahl von Theorien darüber geführt, wie das Leben in einer so feindlichen Umgebung entstanden sein könnte. Durch einen genaueren Blick auf die Oxidationsstufen alter Mineralien haben die Wissenschaftler von Rensselaer jedoch bewiesen, dass die Atmosphäre der frühen Erde überhaupt nicht so war … sondern reichlich Wasser, Kohlendioxid und Schwefeldioxid enthielt.
„Wir können jetzt mit einiger Sicherheit sagen, dass viele Wissenschaftler, die die Ursprünge des Lebens auf der Erde untersuchen, einfach die falsche Atmosphäre gewählt haben“, sagte Bruce Watson, Institutsprofessor für Wissenschaft bei Rensselaer.
Wie können sie sich so sicher sein? Ihre Ergebnisse hängen von der Theorie ab, dass die Erdatmosphäre vulkanisch gebildet wurde. Jedes Mal, wenn Magma an die Oberfläche strömt, setzt es Gase frei. Wenn es nicht an die Spitze kommt, interagiert es mit den umgebenden Gesteinen, wo es abkühlt und selbst zu einer felsigen Ablagerung wird. Diese Ablagerungen – und ihr elementarer Aufbau – ermöglichen es der Wissenschaft, ein genaues Porträt der Bedingungen zum Zeitpunkt ihrer Entstehung zu zeichnen.
„Die meisten Wissenschaftler würden argumentieren, dass diese Ausgasung aus Magma der Haupteintrag in die Atmosphäre war“, sagte Watson. „Um die Natur der Atmosphäre ‚am Anfang‘ zu verstehen, mussten wir bestimmen, welche Gasspezies in den Magmen vorhanden waren, die die Atmosphäre versorgten.“
Einer der wichtigsten Magmabestandteile ist Zirkon – ein Mineral, das fast so alt ist wie die Erde selbst. Durch die Bestimmung des Oxidationsgrades der Magmen, die diese alten Zirkone bildeten, können Wissenschaftler ableiten, wie viel Sauerstoff in die Atmosphäre freigesetzt wurde.
„Durch die Bestimmung des Oxidationszustands der Magmen, die Zirkon erzeugten, konnten wir dann die Arten von Gasen bestimmen, die schließlich in die Atmosphäre gelangen würden“, sagte der Hauptautor der Studie, Dustin Trail, ein Postdoktorand am Zentrum für Astrobiologie.
Um ihre Arbeit zu ermöglichen, machte sich das Team daran, Magma in einer Laborumgebung aufzukochen – was zur Entwicklung eines Oxidationsmessgeräts führte, um ihre künstlichen Proben mit natürlichen Zirkonen zu vergleichen. Ihre Studie umfasste auch ein wachsames Auge für ein Seltenerdmetall namens Cer, das in zwei Oxidationsstufen vorkommen kann. Durch das Freilegen von Cer in Zirkon kann das Team sicher sein, dass die Atmosphäre nach ihrer Herstellung stärker oxidiert war. Diese neuen Erkenntnisse weisen auf einen atmosphärischen Zustand hin, der eher unseren heutigen Bedingungen entspricht … und bildet die Bühne für einen neuen Ausgangspunkt, auf dem die Anfänge des Lebens auf der Erde basieren.
„Unser Planet ist die Bühne, auf der sich alles Leben abgespielt hat“, sagte Watson. „Wir können nicht einmal anfangen, über das Leben auf der Erde zu sprechen, bis wir wissen, was dieses Stadium ist. Und die Sauerstoffbedingungen waren von entscheidender Bedeutung, da sie die Arten organischer Moleküle beeinflussen, die gebildet werden können.“
Während „Leben, wie wir es kennen“ stark von Sauerstoff abhängig ist, ist unsere gegenwärtige Atmosphäre wahrscheinlich nicht das ideale Modell, um Urleben hervorzubringen. Es ist wahrscheinlicher, dass eine methanreiche Atmosphäre „viel mehr biologisches Potenzial hat, um von anorganischen Verbindungen zu lebenserhaltenden Aminosäuren und DNA zu springen“. Dies lässt die Tür für alternative Theorien wie Panspermie weit offen. Aber verkaufen Sie die Ergebnisse des Teams nicht zu kurz. Sie offenbaren immer noch die beginnende Natur von Gasen hier auf der Erde, auch wenn sie das Rätsel des Großen Oxidationsereignisses nicht lösen.
Quelle der Originalgeschichte: Pressemitteilung des Rensselaer Polytechnic Institute.