Große Sauerstoffkatastrophe und Lomagundi wegen Tektonik und Vulkanen

Wissenschaftler behaupten, die große Sauerstoffkatastrophe und das darauf folgende Lomagundi-Ereignis seien Teil eines Zyklus, der mit der Zunahme tektonischer Aktivität begonnen hätte, wodurch viele neue Vulkane entstanden seien, deren Ausbrüche das Klima und nach einer Reihe von Zwischenschritten zeitweise sogar die chemische Zusammensetzung des Erdmantels verändert hätten.

Sauerstoff-Anstieg in der Atmosphäre

Die Frage, wieso es vor circa 2,4 Milliarden Jahren plötzlich zu einem enormen Anstieg des Sauerstoffgehaltes in der Atmosphäre kam, beschäftigt die Wissenschaft schon lange. Da der Sauerstoff für viele damaligen Organismen giftig war, spricht man auch von der großen Sauerstoffkatastrophe. Im Englischen klingt das harmloser, da dort von dem Great Oxidation Event (auf Deutsch: großes Oxidations-Ereignis) gesprochen wird.

„Die meisten Menschen denken, dass der Anstieg des Sauerstoffs mit Cyanobakterien zusammenhängt, und sie liegen nicht falsch“, sagt Professor Rajdeep Dasgupta, der an der Studie beteiligt war, die in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ veröffentlicht wurde. „Nach der Herausbildung photosynthetischer Organismen könnte Sauerstoff freigesetzt worden sein. Aber die wichtigste Frage ist, ob das Timing dieser Entwicklung mit dem Timing der großen Sauerstoffkatastrophe übereinstimmt. Wie sich herausstellt, tut es das nicht.“

Denn Cyanobakterien hätten bereits 500 Millionen Jahre vor der großen Sauerstoffkatastrophe existiert, wie es auf der Website der Rice University heißt. Cyanobakterien seien die ersten Organismen gewesen, die zur Photosynthese in der Lage gewesen seien, bei der als Abfallprodukt Sauerstoff anfällt.

Warum aber die Cyanobakterien 500 Millionen Jahre brauchten, um einen Sauerstoff-Boom auszulösen, würden die Wissenschaftler nun damit erklären, dass die tektonische Aktivität auf der Erde drastisch zugenommen habe, was wiederum zur Entstehung von Hunderten von Vulkanen geführt habe. Da die Vulkane Kohlendioxid in die Atmosphäre gespuckt hätten, sei es zu einer Klimaerwärmung mit einer Zunahme von Niederschlägen gekommen.

Durch die Regenfälle sei es zu einer stärkeren Verwitterung der kargen Landflächen gekommen und das abfließende Wasser – reichhaltig an Mineralien – in das Meer gespült worden. Dies hätte dann zu einem enormen Anstieg der Populationen von Cyanobakterien sowie der Konzentration von Karbonaten geführt.

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Lomagundi-Jatuli-Isotopenexkursion

Die tektonische Aktivität erkläre aber nicht nur die große Sauerstoffkatastrophe, sondern auch die darauf folgende Zunahme des Kohlenstoff-13-Isotops. Diese Anomalie wird auch
Lomagundi-Jatuli-Isotopenexkursion genannt oder im Englischen Lomagundi Event (auf Deutsch: Lomagundi-Ereignis).

Nachdem sich die Karbonate und der von den Cyanobakterien stammende organische Kohlenstoff auf dem Meeresboden abgelagert hätten, seien diese Ablagerungen durch tektonische Verschiebungen der ozeanischen Platten unter die Kontinente geschoben und damit zurück in den Erdmantel geführt worden.

„Es ist eine Art großer zyklischer Prozess“, sagt James Eguchi, einer der Studienautoren. „Wir glauben, dass die Menge an Cyanobakterien vor etwa 2,4 Milliarden Jahren zugenommen hat. Das würde den Sauerstoffanstieg bewirkt haben. Aber der Anstieg der Cyanobakterien wird durch den Anstieg der Karbonate ausgeglichen. So ändert sich das Verhältnis von Kohlenstoff-12 zu Kohlenstoff-13 erst, nachdem sowohl die Karbonate als auch der organische Kohlenstoff von den Cyanobakterien tief in die Erde eingeschleust werden. Wenn dies der Fall ist, kommt die Geochemie ins Spiel, weshalb diese beiden Formen von Kohlenstoff für verschiedene Zeiträume im Erdmantel verbleiben. Karbonate werden in Magmen viel leichter freigesetzt und in sehr kurzer Zeit wieder an die Oberfläche abgegeben. Lomagundi beginnt, wenn der erste mit Kohlenstoff-13 angereicherte Kohlenstoff aus Karbonaten an die Oberfläche zurückkehrt, und endet, wenn der mit Kohlenstoff-12 angereicherte organische Kohlenstoff viel später zurückkehrt und das Verhältnis wieder ausgleicht.“

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