Die Erdatmosphäre bestand vor 2,7 Milliarden Jahren möglicherweise aus mehr als zwei Dritteln Kohlendioxid. Die Entdeckung wurde während einer Studie gemacht, wie die alte Atmosphäre mit Partikeln von kosmischem Staub interagierte, die vom Himmel fielen.
Die kohlendioxidreiche Atmosphäre könnte einen starken Treibhauseffekt erzeugt haben, schlagen die Forscher vor. Dies könnte eine Antwort auf ein langjähriges Rätsel sein, das als "Faint Young Sun Paradox" bekannt ist: Wie die Ozeane auf der Erde flüssig bleiben könnten, wenn die Sonne etwa 30% dunkler wäre als jetzt.
Schätzungen des Kohlendioxidgehalts in der Atmosphäre vor 2,5 bis 4 Milliarden Jahren variieren stark. "Aktuelle Schätzungen umfassen ungefähr drei Größenordnungen: 10 bis 1000 Mal mehr als jetzt", sagt der Astrobiologe Owen Lehmer von der University of Washington in Seattle. Daher versuchten Wissenschaftler, die Ausbreitung irgendwie zu reduzieren.
Die Antwort kam von 59 Mikrometeoriten, die in 2,7 Milliarden Jahre altem Kalkstein in der Region Pilbara im Nordwesten Australiens gefunden wurden. Sie wurden erstmals in einer Studie von 2016 beschrieben und sind immer noch die ältesten Meteoritenfossilien, die jemals gefunden wurden.
Winzige Stein- und Nickelsteine, die nicht breiter als ein menschliches Haar waren, fegten durch die Atmosphäre der alten Erde und fielen in den Ozean, auf den Meeresboden. Dort versanken sie langsam in Kalkstein.
Während ihres kurzen Fluges und aufgrund ihres teilweise geschmolzenen Zustands gingen Mikrometeoriten eine chemische Reaktion mit der Erdatmosphäre ein. Atmosphärisches Gas, sei es Sauerstoff oder Kohlendioxid, oxidiert Eisen, fängt seine Elektronen ein und wandelt die ursprünglichen Mineralien in neue um.
Basierend auf chemischen Analysen von mehr als einem Dutzend Mikrometeoriten zeigte eine Studie aus dem Jahr 2016 überraschend sauerstoffreiche obere Schichten der Atmosphäre. Das heißt, vor 2,7 Milliarden Jahren gab es wie auf der modernen Erde 20% Sauerstoff. Die Ergebnisse dieser Studie haben jedoch viele Wissenschaftler nicht zufriedengestellt, sagt Lehmer: „Eine solche Atmosphäre ist kaum vorstellbar. Jede Atmosphäre, die wir auf Planeten sehen, ist gut gemischt."
Daher führten Lehmer und seine Kollegen eine neue Studie durch und verbanden die Oxidation von Meteoriten mit Kohlendioxid, nicht mit Sauerstoff. Beide Gase können Oxidationsmittel sein, obwohl freier Sauerstoff viel schneller reagiert als in CO2 gebundener Sauerstoff. Um zu testen, wie gut Kohlendioxid sich schnell bewegende Mikrometeoriten oxidieren kann, simulierte das Team einen Abfall von etwa 15.000 Bit kosmischem Staub in der Atmosphäre im Bereich von 2 bis 500 Mikrometern. Die Kohlendioxidkonzentration variierte von 2% bis 85% des Gesamtvolumens.
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Eine Atmosphäre mit mindestens 70% Kohlendioxid könnte Mikrometeoriten oxidieren. Diese Schlussfolgerung stimmt mit anderen Daten überein, die während der Analyse antiker Böden erhalten wurden.
Eine ähnliche Zusammensetzung der Atmosphäre und sogar unter Zusatz von Methan könnte eine warme Welt schaffen, in der die Ozeane trotz der kalten jungen Sonne nicht gefrieren könnten.
Kirill Panov
