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Vor drei Milliarden Jahren brachten Unterwasservulkane viel Eisen zu den Blaualgen, wodurch sie weniger Sauerstoff produzierten. Diese Aufnahme stammt von einer Eruption im Atlantik vor der Kanareninsel El Hierro.
© REUTERS

Sauerstoffproduzenten der Urzeit hatten es schwer Vulkane bremsten das Leben

Der Sauerstoff in der Atmosphäre stammt ursprünglich aus der Fotosynthese von Bakterien. Doch denen machten Eruptionen im Meer lange Zeit schwer zu schaffen.

Bereits vor drei Milliarden Jahren gab es im flachen Wasser der Ur-Ozeane Bakterien, die Sauerstoff produzierten. Trotzdem dauerte es noch 600 bis 700 Millionen Jahre, ehe sich ausreichend große Mengen des Gases in der Atmosphäre der Erde gesammelt hatten und damit den Weg für üppiges Leben in folgenden Epochen der Erdgeschichte ebneten. Über die Ursachen dieser Verzögerung diskutieren Geoforscher seit langem. Offenbar spielte heftiger Unterwasser-Vulkanismus dabei eine wichtige Rolle. Das berichtet ein Team um Elizabeth Swanner von der Universität Tübingen im Fachmagazin „Nature Geoscience“.

Stagnierende Sauerstoffproduktion

Noch heute wird etwa die Hälfte des Sauerstoffs in den Ozeanen produziert, vorrangig von Cyanobakterien, die Fotosynthese betreiben. Früher, als es noch keine Landpflanzen gab, waren die lichtdurchfluteten Flachwasserareale der Meere die einzige Sauerstoffquelle. Doch der erzeugte Sauerstoff wurde sofort verbraucht, um Eisen und andere Elemente zu oxidieren. Dieser Effekt allein genügt aber nicht, um die schleppende Anreicherung in der Lufthülle zu erklären.

Offenbar setzte starker Vulkanismus am Meeresgrund, wie er heute etwa am Mittelatlantischen Rücken zu beobachten ist, auch den frühen Cyanobakterien zu, schreiben Swanner und Kollegen. Sie stützen sich auf Laborversuche mit marinen Cyanos namens „Synechococcus“, die sie für geeignete Versuchsobjekte halten, um die Geschehnisse vor knapp drei Milliarden Jahren zu untersuchen. Als die Mikroorganismen mit zweiwertigem Eisen konfrontiert wurden, wie es in großen Mengen von den archaischen Unterwasservulkanen ausgestoßen wurde, ging sowohl ihr Wachstum zurück als auch die Sauerstoffproduktion. Swanner und Kollegen vermuten, dass die Mikroben durch reaktive Sauerstoffverbindungen geschwächt werden, die sie in den Einzellern gehäuft vorfanden. In Modellierungen zeigen sie weiterhin, dass der Effekt des toxischen Eisen-II die Sauerstoffproduktion im Erdzeitalter des Archaikums maßgeblich verzögert haben könnte – bis zur „Großen Sauerstoffkatastrophe“ (Great Oxidation Event) vor 2,3 Milliarden Jahren. Dann war ausreichend Sauerstoff vorhanden und das Leben nicht mehr zu bremsen.

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