Als sie in Australien in 2,7 bis 2,9 Milliarden Jahren alten Gesteinen bohrten, wollten sie ausgerechnet das nicht finden: Hinweise auf Sauerstoff. Und dann fanden die Geowissenschaftler in den Felsen doch Indizien dafür - obwohl das Gas dort eigentlich nicht vorkommen dürfte, weil es zu jenen Urzeiten noch gar nicht existiert haben sollte.

Neue Messungen haben jedoch ergeben, dass Sauerstoff bereits vor über drei Milliarden Jahren in höheren Konzentrationen vorgekommen ist. Das zumindest mutmaßen Wissenschaftler um Hiroshi Ohmoto von der Penn State University in der Wissenschaftszeitschrift "Nature". Bisher gingen Experten davon aus, dass der Sauerstoffgehalt erst vor 2,4 Milliarden Jahren nennenswert anzusteigen begann und somit nachweisbar war.

Am Anfang ihrer Entwicklung hatte die Erde nur eine sehr dünne Atmosphäre, denn sie war noch zu heiß, als dass sie größere Mengen Gase hätte halten können. Vor etwa vier Milliarden Jahren war die Erde jedoch weit genug abgekühlt, um eine Atmosphäre an sich binden zu können.

Entwicklung der Erdatmosphäre in Frage gestellt

Vulkanausbrüche transportierten Gase wie Kohlendioxid an die Erdoberfläche und ließen eine erste Gashülle entstehen, die überwiegend aus Wasserdampf und Kohlendioxid bestand. Sauerstoffgas kam erst mit dem Beginn des Lebens in die Atmosphäre: Bakterienähnliche Lebensformen begannen mit der Fotosynthese und verwandelten Kohlendioxid in Kohlenstoff und Sauerstoff, der sich daraufhin in der Atmosphäre anreicherte.

Dieser Wandel begann nach der bisher gängigen Ansicht vor etwa 2,4 Milliarden Jahren. Zwar hatte es nach den Ergebnissen früherer Studien bereits vor mehr als 3,5 Milliarden Jahren Leben auf der Erde gegeben, doch verband sich der von Mikroben erzeugte Sauerstoff zunächst mit Stoffen, die im Ozean gelöst vorkamen. So gelangte kein Sauerstoff aus dem Wasser heraus.

Die Theorie von der über Jahrmilliarden sauerstofflosen Atmosphäre stellen die neuen Messungen von Ohmoto und ihren Kollegen nun in Frage. Womöglich müsse die Entwicklungsgeschichte der Erdatmosphäre umgeschrieben werden, denn die Daten hätten ergeben, dass bereits vor etwa drei Milliarden Jahren in der Atmosphäre Sauerstoff existierte.

Schwefelatome als Indikator für Sauerstoff

Ohmotos Team hatte das Verhältnis verschiedener Typen von Schwefelatomen, sogenannter Isotope, in den fast drei Milliarden Jahre alten Felsproben bestimmt. Die Forscher schlossen daraus auf den Sauerstoffgehalt der Erdatmosphäre zu jener Zeit, als das Gestein entstanden ist.

Eventuell enthielt die Lufthülle der Erde sogar schon vor rund 3,8 Milliarden Jahren Sauerstoff, folgern die Wissenschaftler aus ihren Daten. Sie können jedoch auch nicht völlig ausschließen, dass ein anderer Effekt als der des atmosphärischen Sauerstoffs zu der unerwarteten Isotopenverteilung geführt hat.

Eine andere vorstellbare Erklärung sei nämlich, dass der Sauerstoffgehalt im Verlauf der frühen Erdgeschichte stark schwankte - und deswegen sich in verschieden alten Gesteinsschichten Hinweise auf unterschiedliche Sauerstoffmengen fanden. Wie sich die Entwicklung der Erdatmosphäre tatsächlich abgespielt hat, könnten daher nur weitere Untersuchungen zeigen.

Geowissenschaftler dürften die "Jojo"-Erklärung jedoch begrüßen, schreibt Paul Knauth von der Arizona State University in einem Kommentar, der in der gleichen "Nature"-Ausgabe erschienen ist. Der Jojo-Effekt könne erklären, warum manche Theorien widersprüchlich sind.