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Unsere Erde, der
Katastrophenplanet und doch entstand das Leben
Eigentlich ist es ein Wunder, dass es Leben auf
der Erde gibt. Denn während seiner frühen Geschichte wurde unser
Planet von zahlreichen Katastrophen heimgesucht.
Begonnen hat die Geschichte unseres Planeten in
einer Hadäan (vom griechischen Namen „Hades“ für die
Unterwelt) genannten Epoche. Geowissenschaftler sprechen von
Äonen. Sie währte von der Bildung unseres Planetensystems vor
4,56 Milliarden Jahren bis vor etwa 3,8 Milliarden Jahren.
Die erste Katastrophe kurz nach der Geburt
Dessen Entstehungsphase können die Forscher durch
Messungen der Mengenverhältnisse radioaktiver Substanzen
beziehungsweise deren Zerfallsprodukte so präzise datieren. Sie
finden sich in bestimmten Steinmeteoriten, den Chondriten. Sie
enthalten „Chondrulen“ genannte, millimetergroße Kügelchen.
Diese entstanden, als die Sonne, bedingt durch die in ihrem Innern
einsetzenden Kernfusionsreaktionen, aus einer kollabierenden
Gaswolke zu einem leuchtenden Stern geworden war. Ihre Strahlung
schmolz die Staubkörnchen, die sie in einer protoplanetarischen
Scheibe umkreisten. Diese Tröpfchen verbanden sich zu den
Chondrulen, die somit zu den ältesten und einfachsten Objekten
des Sonnensystems zählen. Sie bestehen aus Mineralien wie Pyroxen
und Olivin. Die Minipartikel kollidierten untereinander sowie mit
Staubkörnchen. Dabei verbanden sie sich zu größeren Körpern,
den „Planetesimalen“. Aus diesen Klumpen bildeten sich
schließlich Asteroiden und letztendlich die Planeten, darunter
die Erde.
Diese erlitt kurz nach ihrer Geburt die erste
Katastrophe, und zwar gleich die größte von allen. Sie ereignete
sich vor 4,53 Milliarden Jahren und nahm vermutlich von einem der
Lagrange-Punkte ihren Ausgang. Sie sind nach dem französischen
Physiker Joseph-Louis Lagrange benannt. Er hatte im 18.
Jahrhundert herausgefunden, dass auf der Bahn eines Planeten auch
ein leichteres Objekt umlaufen kann, wenn es um 60 Grad versetzt
vor oder hinter dem großen Trabanten herfliegt. Tatsächlich
wurden an den Lagrange-Punkten von Mars, Jupiter und Neptun
Asteroiden gefunden, die Astronomen tauften sie „Trojaner“.
Zusammenprall mit einem Trojaner
In der Frühzeit des Sonnensystems soll es einen
solchen Trojaner auch auf der Umlaufbahn der Erde gegeben haben.
Er wuchs, wie die übrigen großen Körper im Sonnensystem, durch
Kollisionen mit Planetesimalen weiter. Als er ungefähr zehn bis
15 Prozent der Erdmasse und damit die Größe unseres
Nachbarplaneten Mars erreicht hatte, wurde seine Bahn instabil. Er
trudelte auf die Erde zu und prallte schließlich mit ihr
zusammen.
Die dabei freigesetzte Energie ließ in nur einer
Stunde die Kruste und den oberen Gesteinsmantel unseres Planeten
schmelzen, eine riesige Lavafontäne schoss empor. Das
ausgeschleuderte Material erstreckte sich fast vier Erdradien weit
hinaus ins All. Der Eisenkern des Riesenmeteoriten sank durch die
glutflüssige Masse in die Tiefe und verband sich mit dem Erdkern.
Am folgenden Tag formte das Auswurfmaterial, das nicht zum Boden
zurückgefallen war, einen Trümmerring, der die Erde umkreiste.
Er war jedoch instabil und verdichtete sich innerhalb eines
Jahrhunderts unter dem Einfluss seiner eigenen Schwerkraft zu
einem Gesteinsklumpen – der Erdtrabant war geboren, wie wir ihn
heute noch kennen. Deshalb tauften die Forscher den
Einschlagskörper „Theia“, nach der Titanin in der
griechischen Mythologie, welche die Mondgöttin Selene gebar.
Doch Lasermessungen zeigen, dass sich der Mond auf
seiner Bahn um 3,8 Zentimetern pro Jahr von der Erde entfernt.
Zudem lassen versteinerte Meeressedimente erkennen, dass der
Gezeitenrhythmus in der Frühzeit viel rascher verlief. Dies
bedeutet, dass der Mond in den frühen Erdzeitaltern der Erde viel
näher war als heute, was am besten mit dem Modell des titanischen
Einschlags vereinbar ist. Gegen Ende des Hadäan, vor etwa vier
Milliarden Jahren, bildeten sich die ersten Gesteinsschichten, die
bis heute überdauerten. Zwar gab es schon ältere Formationen,
auch die Bildung der Ozeane setzte vor 4,2 Milliarden Jahren ein,
als die bis dahin kochend heiße Erde so weit abgekühlt war, dass
sich flüssiges Wasser an ihrer Oberfläche halten konnte und
nicht sofort wieder verdampfte. Von diesen Prozessen blieben
jedoch keine Spuren erhalten – vermutlich, weil sie durch die
nächste planetarische Katastrophe ausgelöscht wurden: das „Große
Bombardement“. Es begann vor 4,1 Milliarden Jahren und hielt bis
vor 3,8 Milliarden Jahren an.
In dieser Epoche schlugen auf die noch jungen
inneren Planeten, also auch auf der Erde, zahllose Asteroiden,
Kometen und Planetesimale ein, ihre Durchmesser lagen in der Regel
zwischen einem und 50 Kilometern. Sie hinterließen mehr oder
weniger große Krater. Auf unserem Planeten verschwanden diese
wieder infolge von Verwitterungsprozessen. Auf dem Mond und
anderen Körpern, die keine oder eine nur sehr dünne Lufthülle
aufweisen, blieben die Krater jedoch erhalten. Ihre Anzahl und
Durchmesser lassen auf das Ausmaß des Bombardements schließen.
Daten über Zeitpunkt und Dauer des Großen Bombardements
lieferten aber auch Altersbestimmungen von Mondgestein, das die
Apollo-Astronauten zur Erde brachten.
Den Erdtrabanten trafen 1700 Boliden, die Krater
von über 100 Kilometern Durchmesser hinterließen. Auf der
größeren Erde könnten es zehnmal so viele gewesen sein.
Mondkrater und Ringgebirge haben bis zu 300 Kilometer Durchmesser.
Zum Vergleich: Der Meteorit, der vor 65 Millionen Jahren die
Dinosaurier auslöschte, hinterließ einen 180 Kilometer großen
Krater. Die Mondmeere etwa entstanden als Folge der
Einschlagsserie: Aus den Kratern stieg Magma auf, das dunkle
Basalt- und Lavadecken bildete. Gravitationsanomalien auf dem Mond
werden vermutlich durch die schweren Kerne der eingeschlagenen
Asteroiden verursacht.
Im Archäan, das auf das Hadäan folgte, begann
das nächste Ereignis von planetenweitem Ausmaß. Dieses Äon
dauerte von 3,9 bis 2,5 Milliarden Jahren vor unserer Zeit. Noch
vor dem Großen Bombardement hatte sich die zuvor glutflüssige
Erdkruste verfestigt. Danach strömten durch gewaltige
Vulkanausbrüche Unmengen an Wasserdampf, Kohlendioxid (CO2),
Ammoniak und etwas Stickstoff in die Luft. Diese Gase bildeten die
„zweite Atmosphäre“ der Erde. Sie ersetzten die
hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium bestehende
Uratmosphäre. Diese leichten Stoffe hatten sich im Lauf der Zeit
ins Weltall verflüchtigt. Die zweite Atmosphäre war sehr dicht
und enthielt etwa 100-mal so viel Gas wie die heutige Lufthülle.
Die Kontinentalplatten wurden durch die Magma
angetrieben
Der Umbau der Atmosphäre hängt mit der nun
einsetzenden „mineralischen Evolution“ der Erde zusammen.
Während des Hadäan gab es nach Berechnungen des Geologen Robert
Hazen von der Carnegie Institution in der US-Hauptstadt Washington
etwa 350 Mineralien auf der Erde. Am Ende des Archäan waren es
über 1500. Diese Entwicklung begann in den frühen Ozeanen. Sie
könnten zwar während des Großen Bombardements durch die
Hitzeentwicklung mächtiger Einschläge mehrmals vollständig
verdampft sein. Doch sie entstanden immer wieder neu. Mit der Zeit
löste sich immer mehr CO2 in ihrem Wasser. Es bildete mit
ebenfalls darin gelösten Metallen wie Kalzium, Magnesium oder
Eisen die sogenannten Carbonate. Diese Salze bildeten am
Meeresgrund Sedimente.
In dieser Phase begann auch die Plattentektonik.
Zuerst bildeten sich die Kerne fester Gesteinsplatten, die Kratone.
Sie bestehen aus gewachsenem Fels, einige davon gibt es noch
heute, etwa in den britischen Midlands. Um sie herum bildeten sich
die Kontinentalplatten, die sich – getrieben von
Umwälzbewegungen im Magma des Erdmantels – zu verschieben
begannen. Traf eine ozeanische auf eine kontinentale Platte, wurde
erstere unter die letztere geschoben. Dabei tauchte sie in das
glutflüssige Magma, ihr Gestein und auch die mitgeführten
Sedimente schmolzen. An anderen Stellen quoll das Magma wieder
auf, wobei Vulkanzonen entstanden. Durch die Feuerberge kehrte
auch der Kohlenstoff in Form von CO2 in die Atmosphäre zurück
– der geologische Kohlenstoffzyklus begann. Aufgrund der
Kontinentaldrift entstanden auch unterseeische Vulkane. Sie
beförderten große Mengen in heißem Wasser gelöste Mineralien
in die Ozeane.
Photosynthese ermöglichte höheres Leben
An solchen unterseeischen heißen Quellen entstand
möglicherweise das Leben. Weil es noch keinen Sauerstoff gab,
mussten die ersten Organismen ihre Energie jedoch anaerob (also
sauerstofffrei) gewinnen. Sie veratmeten stattdessen
Schwefelverbindungen. Noch heute gibt es an Schwarzen Rauchern in
der Tiefsee, aus denen eine heiße Mineralienbrühe sprudelt,
Lebensgemeinschaften aus anaeroben Bakterien. Sulfaterze, die 3,6
Milliarden Jahre alt sind, könnten Hinterlassenschaften dieser
frühen Lebensformen sein. Einige gaben Methan als
Stoffwechselprodukt ab, das sich in der Erdatmosphäre
anreicherte.
Dann folgte die eigentliche Revolution, die erst
höheres Leben auf unserer Heimatwelt ermöglichte: Die Entstehung
einer Sauerstoffatmosphäre. Eine Mikrobe hatte „gelernt“,
Photosynthese zu betreiben, also mit Hilfe von Sonnenlicht CO2 und
Wasser zu spalten, um daraus Nährstoffe und Biomasse zu erzeugen.
Als Abfallprodukt setzt dieser Prozess Sauerstoff frei. Laut einer
soeben veröffentlichten Studie des Molekularbiologen James Lake
vom Zentrum für Astrobiologie der University of California in Los
Angeles erfolgte dieser Schritt vor 2,5 Milliarden Jahren. Damals
verschmolzen zwei Linien der Prokaryoten miteinander. Diese
urtümlichen Einzeller besitzen keinen Zellkern.
Die Sauerstoffkatastrophe
Aus dieser Fusion gingen die Cyanobakterien
hervor, die zu den wichtigsten Sauerstoffproduzenten der Erde
wurden. Sie erzeugten die dritte Erdatmosphäre, wie wir sie heute
noch kennen. Erst jetzt konnte die Evolution hin zu den
sauerstoffatmenden höheren Organismen beginnen. Möglicherweise
gingen die Pflanzen aus einer ähnlichen Fusion hervor: Ihre
Chloroplasten, in denen die Photosynthese abläuft, besitzen eine
eigene DNS. Möglicherweise ist es die Erbsubstanz eines frühen
sauerstofferzeugenden Einzellers, der von Pflanzenzellen
aufgenommen wurde und bis heute in Symbiose mit ihnen lebt.
Zunächst aber gefährdete der freie Sauerstoff
das noch junge Leben. Denn für die meisten Organismen war das
hoch reaktive Gas tödlich, manche Forscher sprechen deshalb von
der „Sauerstoffkatastrophe“, die über die Erde kam. Doch das
Leben erwies sich als höchst anpassungsfähig: Heute könnten die
meisten Geschöpfe nicht ohne Sauerstoff leben. Dieser Umbau der
Erdatmosphäre markiert das Ende des Archäan, dem mit dem
Proterozoikum das nächste Äon folgte. Es währte bis vor etwa
542 Millionen Jahren.
Die Erde vereiste vollkommen
Zunächst blieb es auf der Erde ruhig. Neben der
Luft reicherten sich auch die Ozeane mit Sauerstoff an. Sie
enthielten jedoch viel weniger davon als heute. Dann, vor 840
Millionen Jahren, begann ein neuerliches globales Desaster: Die
Erde wurde zum Schneeball. Dies lasen Geologen aus
Gletscherablagerungen, die sie weltweit fanden – selbst in
Gebieten, die in früheren Erdzeitaltern in tropischen Breiten
lagen. Offenbar, so ihre Schlussfolgerung, war die Erde zweimal
komplett vereist. Diese „Cryogenium“ genannte Phase soll vor
635 Millionen Jahren wieder geendet haben. In anderen Schichten
fanden sich Indizien für sogar fünf Frostperioden, wobei der
letzte Erd-Schneeball vor 575 Millionen Jahren aufgetaut sein
soll. Manche Forscher glauben dagegen, dass unser Planet nur
teilweise von Eismassen bedeckt war. Der Streit ist noch
unentschieden.
Etwas klarer sehen die Forscher jedoch bei den
Ursachen der globalen Vereisung. Eine Theorie dazu entwarf der
russische Klimatologe Michail Budyko. In seinen Modellen löste
Eis, das sich über die Polargebiete hinaus ausbreitet, einen
starken Rückkopplungseffekt aus. Es reflektiert das Sonnenlicht,
was zu einer Abkühlung führt, sodass sich in der betroffenen
Region mehr Eis bilden kann. Erreicht die Eisbedeckung ein
bestimmtes Maß, ist der Prozess nicht mehr zu stoppen – der
ganze Planet gefriert in nur wenigen Jahrzehnten. Dieser Befund
machte weltweit als „Eisblitz-Theorie“ Schlagzeilen.
Nur auf dem Meeresgrund gab es Leben
Laut diesem Szenarium überzog eine Eishülle den
ganzen Planeten. Die Ozeane waren einen Kilometer tief gefroren,
über die Kontinente krochen riesige Gletscher. Im Endeffekt
erstarrte die Welt bei globalen Temperaturen von minus 40 bis
minus 50 Grad Celsius im Frost. Der Himmel blieb mangels
Luftfeuchtigkeit wolkenlos, allenfalls tauchten in großer Höhe
ein paar Schleier aus gefrorenem CO2 auf. Nur am Meeresgrund,
gedrängt um warme vulkanische Quellen, konnten Algen und
Bakterien überleben. Die Supereiszeit währte einige Millionen
Jahre lang. Ihre Ursache war vermutlich die damalige Verteilung
der Landmassen (siehe die Kolumne „War die Erde einmal ein
Eisplanet?“ vom 12.12.2008)
Andere Klimamodellierer aber bemerkten, dass die
Erde, einmal von einem Eispanzer bedeckt, auf ewig darin gefangen
bliebe. Da wir aber heute in warmen Ozeanen baden können, sollte
es eine solche planetenumfassende Vereisung nie gegeben haben.
Vermutlich ließen Vulkane den erstarrten Planeten dem Würgegriff
des Eises wieder entkommen. Sie stießen gewaltige Mengen an CO2
aus. Normalerweise wäscht Regen das klimawirksame Gas aus der
Luft. Im Wasser gelöst, gelangt es ins Meer, wo es in Form von
Carbonat-Sedimenten in der Tiefe verschwindet.
In einer gefrorenen Welt aber gibt es weder Regen
noch chemische Verwitterung. Das vulkanische CO2 verbleibt in der
Atmosphäre und verstärkt den Treibhauseffekt. Die Erde erwärmt
sich, bis das Eis schließlich zu schmelzen beginnt. Nun setzt
auch die Verwitterung wieder ein. Doch weil dieser Prozess sehr
langsam abläuft, könnte der CO2-Anteil in der Erdatmosphäre zum
Ende der Vereisungsphasen auf 13 Prozent angestiegen sein, also
350-mal mehr als heute.
Titanische Zyklone, kohlensauerer Regen
Den Weg vom globalen Schneeball zurück zum blauen
Wasserplaneten skizzierte der Geochemiker Dan Schrag von der
Harvard-Universität. Die Anreicherung des CO2 dauerte viele
Millionen Jahre. Dann aber vollzog sich das große Tauen sehr
schnell. Zuerst schmolz das Eis auf den Ozeanen. Damit konnte
wieder Wasser verdunsten. Wasserdampf aber ist ein noch viel
potenteres Treibhausgas als CO2. Er verstärkte die globale
Erwärmung, bis eine globale Temperatur von plus 40 oder 50 Grad
Celsius erreicht war. In der turbulenten Aufwärmphase tobten
titanische Zyklone auf der Erde, zugleich fielen Unmengen an
kohlensaurem Regen.
Zugleich erhöhte sich der Sauerstoffanteil von
zwei auf 15 Prozent (heute sind es 21 Prozent). Damit war die
Bühne frei für das nächste Kapitel in der Erdgeschichte: Die
Entstehung des mehrzelligen Lebens. Sie erfolgte im nun
beginnenden nächsten Äon, dem Phanerozoikum (etwa: „Das Äon
des sichtbaren Lebens“), dessen erstes Erdzeitalter das Kambrium
war, das vor 542 Millionen Jahren begann und vor 388 Millionen
Jahren endete.
Supereiszeit als treibende Kraft der Evolution
Die Supereiszeiten, glauben manche Forscher, waren
eine treibende Kraft der rapiden Evolution. Unmittelbar nach der
vermuteten letzten globalen Vereisung entstand die Ediacara-Fauna.
Diese Artengemeinschaft umfasste bizarre Geschöpfe, die den
Meeresgrund bevölkerten. Danach erfolgte die „kambrische
Explosion“, die fast jeden der heute noch lebenden Pflanzen- und
Tierstämme hervorbrachte. Vermutlich kollabierten während des
globalen Frostes die Populationen der Einzeller. Nur wenige
überlebten in weit voneinander entfernten ökologischen Nischen
und waren somit genetisch voneinander isoliert. In der folgenden
Warmzeit expandierten sie in nun reichlich vorhandene neue
Lebensräume, wobei sie sich an die Verhältnisse dort anpassten.
Genau dies aber gilt den Evolutionsbiologen als Voraussetzung für
die Entstehung neuer Arten.
Seither blieb die Erde von globalen Katastrophen
weitgehend verschont. Zwar gab es den natürlichen Wechsel von
Eis- und Warmzeiten, Phasen von Supervulkanismus sowie vereinzelte
Einschläge großer Meteoriten. Einige davon verursachten
Massenaussterben, doch das Leben als Ganzes war nicht mehr in
Gefahr. Mittlerweile leben wir im Holozän, der jüngsten
geologischen Epoche der Erdgeschichte. Sie begann mit dem Ende der
jüngsten Eiszeit vor etwa 11 700 Jahren.
Weil aber menschliche Aktivitäten zunehmend die
irdische Umwelt prägen, nannte der Nobelpreisträger Paul Crutzen
die gegenwärtige Epoche das Anthropozän (von griechisch
anthropos = Mensch). Inwieweit eine weitere globale Katastrophe
daraus erwächst, bleibt abzuwarten. Ein massenhaftes Verschwinden
von Arten, das mit dem anthropogenen Umbau der Atmos- und
Biosphäre einhergeht, hat jedenfalls schon begonnen.
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Wenn man sich anschaut, wie viel Leben,
wie viele Arten und Spezies im Laufe der Erdgeschichte
durch natürliche Ereignisse untergingen, bleibt nur die
eine Erkenntnis. Die Erde ist für einen langfristigen
Aufenthalt viel zu gefährlich und lebensfeindlich, der
ständige Niedergang des Lebens wurde zwar bislang mit
einem neuen Aufstieg des Lebens belohnt, aber das muss
sich in Zukunft nicht wiederholen. Ich kann wirklich nicht
verstehen, dass Menschen, obgleich sie die Erdgeschichte
kennen lernen können, immer noch meinen, dass sie
erwählten Wesen einer höheren Macht darstellen und im
Notfall den Killermeteoriten wegbeten können. Eine
größere Katastrophe und die Menschheit ist vernichtet
und all ihre Götter, Geister und Religionen vergessen,
während das Leben im Universum weitergeht, als wäre
nichts passiert.
Ihr Klaus-Peter Kolbatz
Bild ZOOM: Quelle www.klimaforschung.net |
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| Dass die Zahl 666 in der biblischen
Apokalypse und bei Okkultisten eine Rolle spielt, muss einen nicht
weiter beunruhigen - eher schon, was der säkulare Prophet Karl Kraus
1908 zur "apokalyptischen 666" geschrieben hat: "Die
misshandelte Urnatur grollt; sie empört sich dagegen, dass sie die
Elektrizität zum Betrieb der Dummheit geliefert haben soll. Habt ihr
die Unregelmäßigkeiten der Jahreszeiten wahrgenommen?"
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VIDEO: 
VIDEO
"Klimaforschung Info"
