Kleines Lehrbuch der Astronomie und Astrophysik - Astronomie.de

Erde
Atmosphäre
Der gegenwärtige chemische Zustand der Erdatmosphäre ist das Resultat einer über Jahrmillionen
anhaltenden Entwicklung, bei der insbesondere das Leben eine wichtige Rolle gespielt hat und auch
noch spielt. Im Vergleich zur Venus und zum Mars fallen bei der Erde der hohe Stickstoffanteil (ca.
75%) und der außergewöhnlich hohe Sauerstoffanteil (ca. 23%) auf, wogegen das Kohlendioxid – der
Hauptbestandteil sowohl der Venus- als auch der Marsatmosphäre – nur in äußerst geringer Menge (ca.
0.05%) vorkommt. Diese sehr spezielle Zusammensetzung war nicht von Anfang an vorhanden,
sondern hat sich im Laufe von Jahrmillionen ausgebildet. Die folgende Tabelle dokumentiert die
Entwicklung der Erdatmosphäre in den letzten 3.5 Milliarden Jahren (nach Modellrechnungen, HART
1978):
Zeit
vor [
9
10 ]
Jahren
Oberflächen-
Temp.
[°K]
Oberflächen-
Druck
[atm]
Stickstoff
in
kg
18
10
Sauerstoff
in
kg
18
10
Kohlendioxid
in
kg
69
17
10
Methan
in
kg
18
10
Ammoniak
in
kg
14
10
Wasser
4.00 314 1.37 0.56 0.00 13.4 5.13 1.79 7.68
3.50 315 1.32 0.31 0.00 5.27 5.93 2.29 8.27
3.00 304 1.10 0.87 0.00 2.48 4.56 1.90 3.77
2.50 297 0.73 1.57 0.00 1.37 2.22 1.46 2.30
2.00 281 0.75 3.76 0.06 0.65 0.00 0.00 0.77
1.50 279 0.77 3.84 0.08 0.21 0.00 0.00 0.69
1.00 280 0.78 3.89 0.09 0.05 0.00 0.00 0.72
0.50 283 0.79 3.91 0.10 0.02 0.00 0.00 0.90
0.20 287 0.94 3.92 0.86 0.02 0.00 0.00 1.16
0.00 288 1.00 3.92 1.21 0.02 0.00 0.00 1.27
Man kann sehr schön erkennen, wie sich seit etwa zwei Milliarden Jahren die ehemals reduzierende
Atmosphäre in eine oxidierende umgewandelt hat. Die Ursache dafür ist hauptsächlich biotischer
Natur. Die damals auf der Erde lebenden einzelligen Lebewesen (Cyanobakterien) mit anaerobem
Stoffwechsel fanden eine neue Methode, wie man aus dem reichlich vorhandenen Sonnenlicht Energie
für die Aufrechterhaltung der Lebensprozesse gewinnen kann. Diese Methode nennt man
Photosynthese. Dadurch, daß bei diesem Prozeß Sauerstoff freigesetzt wird, begann ein immer
schneller werdender Umbau der irdischen Gashülle. Das Kohlendioxid wurde verbraucht, Methan und
Ammoniak verschwanden weitgehend und der Sauerstoffanteil der Luft nahm immer schneller zu. Ab
einem Sauerstoffanteil von etwa 3%, der vor rund 1.9 Milliarden Jahren erreicht wurde, entstanden die
ersten Lebewesen mit Zellkern, die Eukaryonten, die aktiv den vorhandenen freien Sauerstoff für ihren
Stoffwechsel nutzten. Das war eine enorme Anpassungsleistung, denn Sauerstoff ist ein starkes Zellgift
und war für die meisten der zu diesem Zeitpunkt existierenden anaeroben Lebewesen tödlich.
in
kg
16
10