Neue Erkenntnisse über die Frühzeit der Erde

Gefaltete 3,8 Milliarden Jahre alte Bändereisenerze in der Isua Region, West-Grönland Quelle: Prof. Bau / Jacobs University (idw)

Ohne Sauerstoff gibt es kein höher entwickeltes Leben auf der Erde. Aber wann wurde die Erdatmosphäre sauerstoffreich und ermöglichte damit die Entstehung von „höherem“ Leben? Jüngste Forschungen unter Beteiligung der Bremer Jacobs University belegen, dass dies viel früher der Fall gewesen sein könnte als bislang angenommen – vor fast vier Milliarden Jahren.

Abschmelzende Gletscher im Westen Grönlands ermöglichten den Wissenschaftlern aus Dänemark, Kanada, Deutschland und den USA einen faszinierenden Blick zurück in die Frühgeschichte der Erde. Die Gesteine, die sie dadurch beproben und untersuchen konnten, sind mehr als 3.800 Millionen Jahre alt. Dabei handelt es sich um Bändereisenerze, also sehr eisenreiche Sedimente, die sich am Boden eines Ozeans abgelagert haben. „Für uns Geochemiker sind sie wunderbare Archive, in denen Informationen über die chemische Zusammensetzung des Meerwassers und der Atmosphäre gespeichert sind”, sagt Michael Bau, Professor für Geowissenschaften an der Jacobs University, der an der Studie beteiligt war, deren Ergebnisse jetzt in der Zeitschrift „Scientific Reports“ erschienen sind.

Bisher sind zwei Phasen eines starken Sauerstoffanstiegs bekannt: das so genannte „Great Oxidation Event” vor etwa 2.450 Millionen Jahren und das „Neoproterozoic Oxidation Event” vor ungefähr 550 bis 750 Millionen Jahren. Um Informationen über den Sauerstoffgehalt vor 3.800 Millionen Jahren zu bekommen, bestimmten die Wissenschaftler unter Führung von Professor Robert Frei von der Universität Kopenhagen an den Gesteinen aus Grönland nun unter anderem die Konzentrationen und die Isotopenzusammensetzung von Chrom, Uran und Thorium.

Chrom und Uran sind ein Indikator für das Vorhandensein von Sauerstoff. Unter dessen Einfluss oxidieren diese beiden Metalle, sie werden wasserlöslich und gelangen ins Meer. Und zwar in einer derartigen Menge, dass sich im Meerwasser ein sehr viel höheres Verhältnis von Uran zu Thorium ergibt als ohne Oxidation. Gleichzeitig ändert sich dadurch auch die Isotopenzusammensetzung von Chrom im Meerwasser, denn im Vergleich zum Chrom-Isotop Chrom-52 gelangt mehr Chrom-53 ins Meer als ohne die Oxidation.

„Wir haben in den Proben nicht nur eine Anreicherung von Uran relativ zu Thorium festgestellt, sondern zusätzlich auch noch ein hohes Verhältnis von Chrom-53 zu Chrom-52“, sagt Bau, und fügt hinzu: „Beides deutet darauf hin, dass Uran und Chrom schon vor 3.8 Milliarden Jahren bei der Verwitterung von Landmassen an der Erdoberfläche oxidiert werden konnten.“ Ähnliche Beobachtungen an jüngeren Gesteinen wurden bisher immer mit relativ hohen Sauerstoffgehalten in der Atmosphäre erklärt, aber Bau bleibt vorsichtig: „Unsere neuen Ergebnisse an den sehr alten Bändereisenerzen aus Grönland sind so überraschend, dass weitere Untersuchungen endgültig Klarheit darüber bringen müssen, ob vor vier Milliarden Jahren tatsächlich bereits relativ große Mengen Sauerstoff an der Oberfläche der Erde vorhanden waren – oder ob Chrom und Uran eventuell doch auch durch andere Prozesse oxidiert worden sein könnten.“

Quelle: Jacobs University Bremen gGmbH (idw)