Eine Forschergruppe unter Beteiligung von Dr. Michael Bau, Professor für Geowissenschaften an der Jacobs University, untersuchte die chemische Zusammensetzung von Proben aus 3 Mrd. Jahre alten Gesteinsschichten in Südafrika. Die Gesteine aus der Pongola Supergroup, sind ehemalige Böden und eisenreiche Sedimente, die am Grund eines landnahen Flachmeeres abgelagert wurden. Solche Gesteine dienen Geochemikern als Archive für die chemische Zusammensetzung von Atmosphäre und Meerwasser. Die aktuelle Studie, die jetzt in Nature erschienen ist,weist darauf hin, dass es bereits 600 Millionen Jahre früher als bisher angenommen signifikante Sauerstoffgehalte in der Erdatmosphäre gab.

Der Schwerpunkt der Studie liegt auf dem Verhalten von redox-sensitiven Metallen. Das sind Elemente, die sich an der Erdoberfläche unterschiedlich verhalten, je nachdem, wie viel Sauerstoff in der Atmosphäre oder im Meerwasser vorhanden ist. Die Isotopenzusammensetzung von Chrom und die Variation der Uran-Gehalte in den untersuchten Proben deuten darauf hin, dass der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre bereits vor 3 Milliarden Jahren ein Niveau von mehr als 0.03% der heutigen Konzentration erreicht hatte. Obwohl immer noch deutlich geringer als heute, ist dieser Sauerstoffgehalt doch überraschend hoch und verschiebt das erste Auftreten signifikanter Sauerstoffgehalte in der Erdatmosphäre um etwa 600 Millionen Jahre nach vorne. Da solch hohe Sauerstoffgehalte mit abiotischen Prozessen kaum erklärbar sind, deuten diese Ergebnisse darauf hin, dass schon vor 3 Milliarden Jahren Organismen auf der Erde existierten, die Photosynthese betrieben und Sauerstoff produzierten.

Michael Bau ist immer noch freudig überrascht: "Nachdem wir an der Jacobs University eine starke Variation der Uran-Gehalte und anomale Uran /Thorium-Verhältnisse in den fast 3 Milliarden Jahre alten eisenreichen Gesteinen gefunden hatten, gab es einen ersten Verdacht, dass wir einer spannenden Sache auf der Spur waren. Dass unsere dänischen Kollegen dann sowohl in diesen eisenreichen Sedimentgesteinen als auch in den fossilen Böden unserer südafrikanischen Kooperationspartner veränderte Isotopenverhältnisse für das Element Chrom fanden und dies dann in ein Modell zur Berechnung des Sauerstoffgehaltes der Atmosphäre einbinden konnten, war dann aber doch eine sehr positive Überraschung. Ich denke, dass diese Ergebnisse sowohl Kollegen in der Geochemie als auch in der Astrobiologie in der nächsten Zeit noch weiter beschäftigen werden."

Die biogeochemischen Stoffkreisläufe, vor allem von Hochtechnologie-Metallen in der Umwelt und deren Veränderungen im Laufe der Erdgeschichte, ist einer der Forschungsschwerpunkte der Arbeitsgruppe Rohstoff- und Umweltforschung im Earth and Space Sciences Programm der Jacobs University.

Sean A. Crowe, Lasse N. Døssing, Nicolas J. Beukes, Michael Bau, Stephanus J. Kruger, Robert Frei & Donald E. Canfield:
Atmospheric oxygenation three billion years ago,
Nature (26 September 2013)

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