Wissenschaft erzählt!

20 Minuten am Stück – ohne Unterbrechung – erzählt der Geologe und Palöoklimathologe Ralf Tappert von der Universität Innsbruck über die Erdatmosphäre, genau genommen die Änderungen in den letzten 300 Millionen Jahre – und wie man das bestimmen kann.

Es geht über Eis – einige Zeit zurück, in dem die Lufteinschlüsse analysiert werden, aber so richtig zur Sache geht es, wenn man so genannte Proxies nimmt. Bernstein. Nein, nicht die Luft- oder Materialeinschlüsse, die man oft in Bernstein findet, sondern die Isotopenzusammensetzung der Kohlenstoffatome in Bernstein. Das gibt Aufschluss über die Verhältnisse von Sauerstoff und Kohlenstoffdioxid. Und da gibt es einige Überraschungen.

Die Zusammensetzung der Erdatmosphäre bestimmt maßgeblich, wie sich Leben im Laufe der Erdgeschichte auf der Erdoberfläche entwickelt und entfaltet hat.

Einerseits ist es der Sauerstoffgehalt, der für Tiere und Pflanzen eine wesentliche Randbedingung für den Stoffwechsel darstellt, andererseits ist es der Anteil an Kohlenstoffdioxid, der für den Wärmehaushalt der Erde mitverantwortlich ist.

Die einzelnen Bestandteile und Teilnehmer des Gefüges “Atmosphäre-Biosphäre” sind dabei durch eine Vielzahl an Wechselwirkungen miteinander verbunden, die von Wissenschaftern untersucht werden.

Glaubte man ursprünglich, nur der hoher Sauerstoffanteil führe zum verstärkten Größenwachstum von Tieren, zeigen neuere Forschungsergebnisse, dass der höhere Sauerstoffanteil über Erosionsprozesse auch mehr Kohlenstoffdioxid freisetzt, dessen Kohlenstoffanteil wiederum zu mehr Pflanzenwachstum und möglicherweise dadurch besserem Nahrungsangebot für Tiere führt. Mehr Kohlenstoffdioxid bedeutet aber wiederum höhere Temperaturen und in weiterer Folge wieder sinkende Sauerstoffanteile. Das Resultat dieser variierbaren Mengenanteile sind Warm- und Eiszeiten in zyklischer Abfolge, die zusätzlich mit geophysikalischen Phänomenen wie die sich ändernde Schrägstellung der Erdachse in Verbindung stehen.

Informationen über den Zustand der Atmosphäre finden die Forscher – Paläoklimatologen – für die jüngere Vergangenheit durch die Analyse von Eisbohrkernen. Die Luftblasen darin stammen aus der Atmosphäre genau zu jener Zeit, in der sie eingeschlossen wurden. Möchte man aber weiter in der Erdgeschichte zurückgehen, gibt es kein Eis mehr, das aus dieser Zeit stammt.

Bernstein springt ein, ein “natürliches Plastik”. Die Harze von Bernstein sind langkettige, vernetzte Kohlenstoffmoleküle, organisches Material, das sehr haltbar ist. Nicht etwa eigeschlossene Luft oder Insekten werden von den Klimatologen und Mineralogen analysiert, sondern die Zusammensetzung seiner Kohlenstoffe. Das Verhältnis der Isotope – Kohlenstoffarten – C-12 und C-13 gibt Aufschluss über den Zustand der Atmosphäre zu jener Zeit, als das Harz für den Bernstein gebildet wurde. Auch die Menge an Sauerstoff ist daraus ableitbar, und diese Menge war im Laufe der Erdgeschichte wieder sehr gering, nur etwa 10 bis 15% im Vergleich von 21% heute.

Insgesamt denken und forschen Paläoklimatologen in sehr großen Zeiträumen: Sie überblicken durch die Wahl und die Entwicklung ihrer direkten und indirekten Beobachtungsmethoden Millionen von Jahren, was auch Informationen über eine mögliche Zukunft der Erde und ihrer Atmosphäre liefert.

Wissenschaft erzählt – Ralf Tappert, Universität Innsbruck

Dieser Beitrag wurde ab 3. März im ORF Österreich 1 Radioprogramm “Vom Leben der Natur” in fünf Teilen ausgestrahlt.

(Foto: By uploaded with permission from User Lanzi by Ra’ike on de.wikipedia (own work from User Lanzi on de.wikipedia) [GFDL or CC-BY-SA-3.0], via Wikimedia Commons)