Forscher der Toho-Universität und der Georgia Institute of Technology sind zu einem beunruhigenden Schluss gekommen: Die sauerstoffreiche Atmosphäre der Erde wird deutlich kürzer bestehen bleiben, als bisher angenommen. Laut der im Fachjournal Nature Geoscience veröffentlichten Studie wird die katastrophale Deoxygenierung des Planeten eine Milliarde Jahre früher eintreten als frühere Modelle vermuteten. Das bedeutet, dass das Zeitalter des aeroben Lebens auf der Erde wesentlich früher enden könnte, als Geologen und Astrochemiker es erwartet hatten.
Wie das digitale Erdmodell aufgebaut wurde
Um die Evolution der Erdatmosphäre zu bewerten, entwickelte Dozent Kazumi Ozaki von der Toho-Universität gemeinsam mit Christopher Reinhard von der Georgia Institute of Technology ein detailliertes digitales Planetenmodell, das klimatische und biochemische Prozesse berücksichtigt. Das Team führte mehr als 400.000 Simulationen durch, bei denen jeweils die Eingangsparameter variiert wurden – von der Rotationsgeschwindigkeit der Erde über die Intensität der vulkanischen Aktivität bis hin zur Produktivität der fotosynthetisch aktiven Organismen. Diese enorme Rechenleistung ermöglichte es den Forschern, ein probabilistisches Bild der atmosphärischen Veränderungen über Milliarden von Jahren zu erstellen, anstatt sich auf einzelne Szenarien zu verlassen.
Was mit der Atmosphäre nach der Deoxygenierung geschieht
Die Simulationen zeigten, dass sich die Zusammensetzung der Luft nach dem Wendepunkt – der katastrophalen Deoxygenierung – grundlegend verändern wird. Der Methangehalt in der Atmosphäre wird rasch ansteigen, der Kohlendioxidgehalt auf ein kritisches Minimum fallen und die Ozonschicht wird vollständig zerstört werden. Unter solchen Bedingungen können komplexe mehrzellige Organismen, Pflanzen und Tiere nicht überleben. Die Erde wird erneut zu einer Welt, in der ausschließlich anaerobe Mikroorganismen herrschen, die für ihren Stoffwechsel keinen molekularen Sauerstoff benötigen. Im Grunde kehrt der Planet in einen Zustand zurück, der dem ähnlich ist, der vor dem Großen Oxidationsereignis vor etwa 2,4 Milliarden Jahren dominierte.
Das Sauerstoffzeitalter – nur ein kleiner Teil der Planetengeschichte
Ein zentrales Ergebnis der Studie besteht darin, dass das Sauerstoffzeitalter nur 20 bis 30 Prozent der gesamten Erdgeschichte ausmacht. Da der Planet etwa 4,5 Milliarden Jahre alt ist, bedeutet das, dass der Zeitraum, in dem die Atmosphäre eine erhebliche Menge freien Sauerstoffs enthielt, lediglich rund 900 Millionen bis 1,35 Milliarden Jahre umfasst. Genau dieses enge Zeitfenster bestimmt den Zeitraum, in dem auf der Erde komplexes aerobes Leben möglich ist. Die Wissenschaftler betonen, dass die neue Berechnung den Zeitpunkt des Sauerstoffverlusts eine Milliarde Jahre früher ansetzt als frühere Schätzungen und damit das ohnehin begrenzte „Fenster der Aerobie“ weiter verengt.
Warum das für die Suche nach Leben im Universum wichtig ist
Die Ergebnisse der Studie haben eine direkte praktische Bedeutung für Astronomen, die nach Biosignaturen – chemischen Spuren von Leben – auf Exoplaneten suchen. Wenn die Sauerstoffphase nur einen kleinen Teil des Lebens einer Planeten ausmacht, ist eine zufällige Begegnung mit einem Exoplaneten genau in diesem Zeitraum äußerst unwahrscheinlich. Außerirdischen Zivilisationen, falls es sie gibt, wäre es schwer gefallen, die Erde in jenem schmalen Moment anzutreffen, in dem auf ihr Sauerstoff vorhanden ist. Die Forscher empfehlen daher, den Suchfokus zu verschieben: Die Menschheit sollte gezielt nach Biosignaturen suchen, die für Planeten mit sauerstoffarmer Atmosphäre charakteristisch sind – beispielsweise erhöhte Konzentrationen von Methan, Schwefelwasserstoff oder anderen Produkten des anaeroben Stoffwechsels. Dies erhöht aus Sicht der Autoren die Chancen, Leben im Universum nachzuweisen, erheblich.
