Große Sauerstoffkatastrophe

Das Great Oxygenation Event (GOE) war die Einführung von freiem Sauerstoff in unsere Atmosphäre. Es wurde durch Cyanobakterien verursacht, die Photosynthese betreiben. Es dauerte sehr lange, von vor etwa drei Milliarden Jahren bis vor etwa einer Milliarde Jahren.

Bei der Photosynthese wurde sowohl vor als auch nach dem GOE Sauerstoff produziert. Der Unterschied bestand darin, dass vor der GOE organisches Material und gelöstes Eisen jeglichen freien Sauerstoff chemisch einfingen. Die Erde hat viel Eisen, und Eisen hat eine höhere Löslichkeit als seine Oxide, so dass die Ozeane viel gelöstes Eisen hatten. Es wurde zu Eisenoxid und bildete riesige Ablagerungen als gebändertes Eisengestein aus der archäischen und proterozoischen Epoche. Als nicht genug Eisen übrig blieb, um mehr Sauerstoff einzufangen, sammelte sich freier Sauerstoff in der Atmosphäre an. Dies war die GOE.

Sauerstoff war für die meisten der damaligen anaeroben Erdbewohner giftig. Da Cyanobakterien Sauerstoff produzierten und ihre Stromatolithen bildeten, veränderten sie die Umwelt für andere Protisten. Da die anderen Protisten keine Möglichkeit hatten, mit Sauerstoff umzugehen, wären die meisten von ihnen ausgestorben. Eine weitere Folge war die Wirkung des freien Sauerstoffs auf das Treibhausgas Methan in der Atmosphäre. Die Reaktion entfernte das Methan und verursachte die huronische Vergletscherung, möglicherweise die längste Schneeball-Erd-Episode aller Zeiten. Seitdem ist freier Sauerstoff ein wichtiger Bestandteil der Atmosphäre.

O2-Anreicherung in der Erdatmosphäre. Rote und grüne Linien stellen den Bereich der Schätzungen dar, während die Zeit vor Milliarden von Jahren (Ga) gemessen wird. Stufe 1 (3,85-2,45 Ga): Praktisch kein O2 in der Atmosphäre. Stufe 2 (2,45-1,85 Ga): O2 wird produziert, aber in den Ozeanen und im Gestein des Meeresbodens absorbiert. Stufe 3 (1,85-0,85 Ga): O2 beginnt aus den Ozeanen zu gasen, wird aber von der Landoberfläche absorbiert. Stufen 4 & 5 (0,85-vorhanden): O2 sinkt gefüllt und das Gas sammelt sich an.

Zeitplan

Es ist erwiesen, dass freier Sauerstoff zunächst von photosynthetischen Organismen (prokaryotisch, später eukaryotisch) produziert wurde, die Sauerstoff als Abfallprodukt abgaben. Diese Organismen lebten lange vor dem GOE, vielleicht vor 3500 Millionen Jahren (mya). Der von ihnen produzierte Sauerstoff wäre durch das "Massenrosten", das zur Ablagerung von Bandeisenformationen führte, schnell aus der Atmosphäre entfernt worden. Der Sauerstoff begann erst kurz (~50 Millionen Jahre) vor dem Beginn der GOE in der Atmosphäre in kleinen Mengen zu persistieren. Ohne eine Absenkung würde sich der Sauerstoff sehr schnell anreichern. Bei den heutigen Raten der Photosynthese (die viel höher sind als die im landpflanzenfreien Präkambrium) könnten die modernen atmosphärischen O2-Werte in etwa 2.000 Jahren produziert werden.

Zusammenfassung:

3.500 mya Archäisches Äon: Produktion von Sauerstoff durch Cyanobakterien in Stromatolithen.
Sauerstoff verursacht die Ablagerung von Eisen in Form von Eisenoxiden in gebänderten Eisenformationen.
c. 2.400 mya Paläoproterozoikum: freier Sauerstoff entweicht in die Atmosphäre, der größtenteils auf dem Land aufgenommen wird.
c. 850 mya Neoproterozoikum: Sauerstoff beginnt sich in der Atmosphäre anzusammeln. Nimmt während des Paläozoikums weiter zu und erreicht die heutigen Werte.

Fragen und Antworten

F: Was ist das Great Oxygenation Event (GOE)?

A: Das GOE war die Entstehung von freiem Sauerstoff in unserer Atmosphäre, verursacht durch Cyanobakterien, die Photosynthese betreiben. Es fand über einen langen Zeitraum hinweg statt, von vor drei Milliarden Jahren bis vor etwa einer Milliarde Jahren.

F: Wie ist das GOE entstanden?

A: Vor dem GOE haben organische Stoffe und gelöstes Eisen den freien Sauerstoff chemisch gebunden. Als nicht mehr genug Eisen vorhanden war, um mehr Sauerstoff zu binden, sammelte sich freier Sauerstoff in der Atmosphäre an - das war das GOE.

F: Was waren die Folgen der GOE?

A: Sauerstoff war für die meisten anaeroben Bewohner der Erde giftig, so dass viele von ihnen ausstarben. Der freie Sauerstoff reagierte auch mit dem Treibhausgas Methan in der Atmosphäre, wodurch dieses entzogen wurde und die Huronische Vereisung ausgelöst wurde - die vielleicht längste Schneeball-Episode auf der Erde überhaupt. Seitdem ist freier Sauerstoff ein wichtiger Bestandteil unserer Atmosphäre.

F: Was sind Stromatolithen?

A: Stromatolithen sind geschichtete Strukturen, die von Cyanobakterien gebildet werden und in flachen Gewässern wie Lagunen und Gezeitentümpeln zu finden sind. Sie entstehen, wenn Bakterien Sedimentpartikel in ihren Schleimschichten einschließen und mit der Zeit Matten übereinander bilden.

F: Wie hat die Photosynthese die Erde vor und nach dem GOE beeinflusst?

A: Die Photosynthese produzierte sowohl vor als auch nach dem GOE Sauerstoff. Allerdings wurde vor dem GOE der gesamte freie Sauerstoff von organischen Stoffen oder gelöstem Eisen aufgenommen, während sich danach ein Teil des freien Sauerstoffs in unserer Atmosphäre ansammeln konnte, weil kein Eisen mehr zur Verfügung stand, um ihn aufzunehmen.

F: Wann hat dieses Ereignis stattgefunden?

A: Das Great Oxygenation Event fand von vor drei Milliarden Jahren bis vor etwa einer Milliarde Jahren statt.