Ein internationales Team von Geologen hat in Südafrika die ältesten bekannten "Sauerstofftaschen" entdeckt - ein Ort, an dem bereits vor 2,97 Milliarden Jahren, 430 Millionen vor der Sauerstoffrevolution, die ersten photosynthetischen Organismen lebten und Sauerstoff abgaben.
In der Atmosphäre der jungen Erde war sehr wenig Sauerstoff; Die heutigen 20% dieses Gases in der Luft sind das Ergebnis von photosynthetischen Pflanzen und Bakterien. Cyanobakterien, einzellige photosynthetische Organismen, waren die ersten, die Sauerstoff freisetzten. Zuerst wurde der von ihnen freigesetzte Sauerstoff nur für die Oxidation von Gesteinen verwendet, aber nach etwa 2,5 Milliarden Jahren endete dieser Prozess, und Sauerstoff begann sich in der Luft anzusammeln und sich im Ozean aufzulösen. Dieses Ereignis wird als Sauerstoffrevolution (oder Katastrophe) bezeichnet, da infolge der Anreicherung der Sauerstoffatmosphäre Arten starben, die an das Leben in einer reduzierenden statt einer oxidierenden Atmosphäre angepasst waren.
Der Anstieg des Sauerstoffgehalts in der Atmosphäre der alten Erde wird durch die Verteilung der Schwefelisotope in Sedimentgesteinen bestimmt. Wie eine Gruppe von Geochemikern von Caltech Mitte der neunziger Jahre entdeckte, änderte sich die Verteilung der Schwefelisotope nach der Sauerstoffrevolution dramatisch, da eine Ozonschicht auftrat, die die Erde vor ultravioletter Sonnenstrahlung schützte, die die Reaktivität leichter Schwefelisotope erhöhte und die sogenannte massenunabhängige Verteilung erzeugte.
Wissenschaftler lernen die Aktivität der ersten photosynthetischen Organismen vor der Sauerstoffrevolution durch die Zusammensetzung von Sedimentgesteinen kennen, die sich langsam in den "Sauerstofftaschen" ansammeln. Dies sind Gebiete in der Nähe großer Bakterienmatten, um die herum die Sauerstoffkonzentration näher an der Moderne lag als auf dem Rest des Planeten. Es sind mehrere solcher "Sauerstofftaschen" bekannt, deren Alter zwischen 2,5 und 2,7 Milliarden Jahren liegt; Sie wurden auf allen Kontinenten außer der Antarktis gefunden. Neben Kohlenstoff (aus Kohlendioxid), Wasserstoff und Sauerstoff (aus Wasser) benötigen sie weitere Elemente wie Schwefel und Stickstoff. Cyanobakterien erhielten Schwefel, indem sie ihn aus Sulfaten im Boden reduzierten. Die Gesteine, in denen Cyanobakterien lebten und sich teilten, sind wie die nach der Sauerstoffrevolution gebildeten Gesteine durch eine massenunabhängige Verteilung der Schwefelisotope gekennzeichnet.
Im vergangenen Jahr entdeckte ein internationales Team von Geologen der Universität Tübingen in Deutschland ein Gestein im südafrikanischen Naturschutzgebiet Pongola, dessen Verteilung Schwefelisotope bereits vor 2,97 Milliarden Jahren, lange bevor die Sauerstoffrevolution stattfand, auf eine hohe Sauerstoffkonzentration in der Atmosphäre hinweist. Die Verteilung der Schwefelisotope in den Gesteinen der Pongola-Formation macht die pongolische "Sauerstofftasche" zur ältesten heute bekannten.
Die Forschung ist in der Zeitschrift Nature Geochemistry veröffentlicht.
Ksenia Malysheva
