Die Evolution der Erdatmosphäre

Erdatmosphäre

Die Evolution der Erdatmosphäre

78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff, etwas weniger als ein Prozent des Edelgases Argon und ein winziger Rest Spurengase: Die Erdatmosphäre, wie wir sie heute kennen, gab es so nicht immer. Seit der Entstehung der Erde vor 4,6 Milliarden Jahren gab es mehrere Entwicklungsschritte.

Vor 4,6 Milliarden Jahren

Vor 4,6 Milliarden Jahren ballt sich aus einer kosmischen Wolke aus Gas und Staub ein neuer Planet zusammen: die Erde. Ihre Masse hält die kosmischen Gase, die sie umgeben, durch Gravitation fest. So bildet sich eine Uratmosphäre aus Wasserstoff und Helium. Allerdings reicht die Anziehungskraft der frischgebackenen Erde noch nicht aus. Die Uratmosphäre kann dem Ansturm der Sonnenwinde aus dem All nicht standhalten und wird einfach in die Weite des Weltalls geblasen.

Vor 4,4 Milliarden Jahren

Das Schaubild zeigt den Aufbau der Erde und ihre Unterteilung in einen unteren Mantel, einen äußeren Kern und einen inneren Kern.

Der Schalenaufbau der Erde

Die junge Erde wird von den Vorgängen in ihrem Inneren sowie durch zahlreiche Meteorite, die permanent auf ihr einschlagen, sehr heiß und weitgehend in zähflüssigem Zustand gehalten. So können sich die einzelnen Elemente, aus denen die Erde besteht, nach ihrem Gewicht auftrennen und der heutige Schalenaufbau der Erde entsteht - vom festen inneren Kern bis zur äußeren Erdkruste. Ab jetzt bildet sich eine neue Atmosphäre, deren Gasbestandteile dieses Mal nicht von außen - vom Weltall - kommen, sondern durch Ausgasungen - vor allem durch Vulkanismus - vom Inneren der Erde. Die Erdatmosphäre enthält jetzt hauptsächlich Kohlendioxid; hinzu kommen noch Stickstoff, Methan, Ammoniak, Schwefelwasserstoff und: Wasserdampf! Dieser kondensiert an Staub- und Ascheteilchen und so prasseln pausenlos Regenschauer auf die Erde. Für die Ausbildung von Ozeanen ist es zunächst aber noch zu heiß. Das Wasser verdampft sofort wieder, wenn es auf die Erdoberfläche trifft.

Vor 3,5 Milliarden Jahren

Künstlerische Darstellung der Urerde, mit Regenwolken aus denen Blitze zucken und der noch jungen Sonne am Himmel.

Pausenloser Regen lässt die Meere anschwellen

Die Erde ist inzwischen so weit abgekühlt, dass das Wasser nicht mehr verdampft und sich ab jetzt auf der Erdoberfläche ansammeln kann. Ein viele hundert Millionen Jahre andauernder Regen lässt die Ozeane entstehen und wäscht das Kohlendioxid und den Schwefel aus der Atmosphäre. Übrig bleibt vor allem Stickstoff. Es bildet sich auch schon ein wenig Sauerstoff: Photochemisch, durch die Aufspaltung von Wasserdampf (H2O) und Kohlendioxid (CO2). Die Ozonschicht beginnt sich in der Stratosphäre, der zweiten Schicht der Erdatmosphäre, auszubilden. Inzwischen spielt sich auch unter Wasser Erstaunliches ab: Kleine winzige blaugrüne Zellen, Cyanobakterien, betreiben erstmalig Photosynthese. Sie nutzen die Energie des Sonnenlichts, um aus Wasser und Kohlendioxid Zucker herzustellen.

Vor 2,5 Milliarden Jahren

Sonnenuntergang über einem Gewässer - im Vordergrund sieht man dunkel im Gegenlicht die Umrisse von Schilfpflanzen.

Das Leben breitet sich an Land aus

Sozusagen als Abfallprodukt entsteht bei der Photosynthese Sauerstoff, der sich zunächst im Wasser der Ozeane anreichert. Als das Wasser mit Sauerstoff "gesättigt" ist, entweicht dieses neue "Abgas" dann schließlich in die Erdatmosphäre. Jetzt kann sich an Land Leben entwickeln, das Sauerstoff atmet. Die in der Stratosphäre bereits gebildete Ozonschicht absorbiert die schädliche ultraviolette (UV) Strahlung der Sonne und schützt das Leben auf der Erde, so dass es sich ungehindert ausbreiten kann. Die Lebewesen, die Sauerstoff einatmen, atmen Kohlendioxid aus. Das Kohlendioxid wird von den Pflanzen aufgenommen, die dann ihrerseits Sauerstoff in die Atmosphäre abgeben.

Vor 500 Millionen Jahren bis heute

Der Sauerstoffgehalt erreicht allmählich den Volumenanteil, den er auch heute noch in der Atmosphäre hat. Auch die Ozonschicht in der Stratosphäre ist annähernd so ausgeprägt wie heute. Vor etwa 200 Millionen Jahren ist die Zusammensetzung der Luft dann so, wie wir sie heute kennen: 78 Prozent Stickstoff, 21 Prozent Sauerstoff, etwas weniger als ein Prozent Argon - der Rest Spurengase, die zwar nur einen winzigen Anteil am Gesamtvolumen einnehmen, von denen aber einige, wie zum Beispiel das Kohlendioxid und das Methan, für unser Klima von größter Bedeutung sind.

Autor/in: Susanne Decker

Stand: 13.08.2014, 13:00

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