Die Erdrotation verlangsamt sich, und dadurch steigt der Sauerstoffgehalt in unserer Atemluft

Unser Planet, die Erde, ist vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstanden. Seitdem hat sich ihre Rotation allmählich verlangsamt, und infolgedessen haben sich ihre Tage immer mehr verlängert. Wie Science Alert berichtet, ist diese Verlangsamung in menschlichen Zeiträumen zwar nicht wahrnehmbar, reicht aber aus, um über Äonen (Milliarden von Jahren) erhebliche Veränderungen zu bewirken.

Eine dieser Veränderungen ist vielleicht die bedeutendste von allen, zumindest für uns: Die Verlängerung der Tage steht im Zusammenhang mit der Sauerstoffanreicherung der Erdatmosphäre, so eine 2021 in Nature Geoscience veröffentlichte Studie. Die blaugrünen Algen (oder Cyanobakterien), die vor etwa 2,4 Milliarden Jahren entstanden sind und sich vermehrt haben, hätten durch die Verlängerung der Tage auf der Erde mehr Sauerstoff als Stoffwechselprodukt produzieren können.

"Eine immer wiederkehrende Frage in den Geowissenschaften war, wie die Erdatmosphäre Sauerstoff erhielt und welche Faktoren den Zeitpunkt dieser Sauerstoffanreicherung bestimmten", erklärt der Mikrobiologe Gregory Dick von der University of Michigan und Mitglied der Forschungsgruppe.

1,8 Millisekunden pro Jahrhundert

Der Grund für die Verlangsamung der Erdrotation liegt darin, dass der Mond eine Anziehungskraft auf den Planeten ausübt, die zu einer Verlangsamung der Rotation führt, da sich der Mond allmählich weiter entfernt. Aus den fossilen Aufzeichnungen wissen wir, dass die Tage vor 1,4 Milliarden Jahren nur 18 Stunden lang waren und vor 70 Millionen Jahren eine halbe Stunde kürzer als heute. Es gibt Hinweise darauf, dass wir pro Jahrhundert 1,8 Millisekunden gewinnen.

Die zweite Komponente ist das so genannte Große Oxidationsereignis, bei dem Cyanobakterien in so großer Zahl auftraten, dass es in der Erdatmosphäre zu einem dramatischen und erheblichen Anstieg des Sauerstoffgehalts kam. Ohne diese Oxidation, so glauben die Wissenschaftler, wäre das Leben, wie wir es kennen, nicht entstanden; auch wenn Cyanobakterien heute etwas Aufmerksamkeit erhalten, wären wir ohne sie wahrscheinlich nicht hier.

Es gibt immer noch viel, was wir nicht über dieses Ereignis wissen, einschließlich der brennenden Fragen , warum es geschah und wann es geschah. Erst Wissenschaftler, die mit cyanobakteriellen Mikroben arbeiten, konnten den Zusammenhang herstellen. Im Middle Island Sinkhole im Huronsee wurden mikrobielle Matten gefunden, bei denen es sich vermutlich um Analoga der Cyanobakterien handelt, die für das Great Oxidation Event verantwortlich sind.

Die Sonne und die Photosynthese

Lila Cyanobakterien, die durch Photosynthese Sauerstoff produzieren, und weiße Mikroben, die Schwefel verstoffwechseln, konkurrieren auf einer mikrobiellen Matte auf dem Grund des Huron-Sees. In der Nacht steigen die weißen Mikroben an die Oberfläche der mikrobiellen Matte und fressen Schwefel. In der Morgendämmerung und wenn die Sonne hoch genug steht, ziehen sich die weißen Mikroben zurück, und die violetten Cyanobakterien steigen an die Oberfläche.

Erst dann können sie mit der Photosynthese beginnen und Sauerstoff produzieren. Es dauert jedoch ein paar Stunden, bis sie in Gang kommen, da es am Morgen eine erhebliche Zeitverzögerung gibt. Offensichtlich wachen die Cyanobakterien später auf; sie sind keine Frühaufsteher. Das bedeutet, dass das Tageszeitfenster, in dem Cyanobakterien Sauerstoff pumpen können, sehr begrenzt ist. Diese Tatsache erregte die Aufmerksamkeit des Ozeanographen Brian Arbic von der University of Michigan, der sich fragte, ob die Schwankungen der Tageslänge im Laufe der Erdgeschichte die Photosynthese beeinflusst haben.

Quellenhinweis:

Klatt, J.M., Chennu, A., Arbic, B.K. et al. Possible link between Earth’s rotation rate and oxygenation. Nat. Geosci. 14, 564–570 (2021). https://doi.org/10.1038/s41561-021-00784-3