Was für eine Atmosphäre

Man kann sich die Atmosphäre als eine flache Gashülle vorstellen, welche die Erdkugel umgibt und deren Aufbau als „stockwerkähnlich“ beschrieben werden kann. Sie besteht aus mehreren Schichten, wobei die unteren 80 oder 90 Kilometer als bodennah gelten. Oberhalb von 90 Kilometern Höhe beginnt die Ionosphäre, in dieser stellt die Exosphäre ab etwa 400 oder 500 Kilometer Höhe den Übergangsbereich zwischen Erde und Weltraum dar.

Schon in der Schule lernen wir, dass die Atmosphäre ein Gasgemisch ist, welches hauptsächlich aus Stickstoff (78,1 %), Sauerstoff (20,9 %) und Argon (0,93 %) besteht. Die klimawirksamem Spurengase wie Kohlendioxid (CO2), Methan (CH4), Distickstoffoxid (N2O) und Ozon (O3) machen „nur“ einen Anteil unter 1 Prozent aus. Allerdings war dies nicht immer so. Ähnlich wie bei der Entwicklung und Verteilung der Landmassen, gab und gibt es auch bei der Atmosphäre mal mehr, mal weniger drastische Veränderungen. So geht man seit mehreren Jahrzehnten davon aus, dass zu Beginn des Erdzeitalters vor etwa 4,6 Milliarden noch gar keine Atmosphäre vorhanden war.

Es dauerte ein paar Millionen Jahre bis sich eine flache Gashülle entwickelte. Diese Uratmosphäre war lebensfeindlich und ist mit dem heutigen Zustand nicht vergleichbar. Es gibt nur Theorien über die Ursprungszusammensetzung. Wahrscheinlich machte Wasserstoff mit etwa 92 Prozent den Hauptbestandteil aus, gefolgt von Helium mit rund 7 Prozent. Stickstoff und Sauerstoff waren höchstens als Spuren vorhanden.

Und plötzlich war die Atmosphäre weg

Die Urgashülle hatte nur eine sehr kurze Lebenszeit. Die Erdoberfläche war vor rund 4,5 Milliarden Jahren sehr heiß und leichte Elemente wie Wasserstoff und Helium wurden schnell in große Höhen transportiert, wo sie schließlich ins Weltall abdrifteten. Ferner sorgten heftige Sonnenstürme zu dieser Zeit für einen regen Teilchenbeschuss bzw. für markante Protonenschauer, welche der Uratmosphäre stark zusetzten.

Atmosphäre 2.0 und 3.0

Nachdem sich die Erdoberfläche signifikant abgekühlt hatte und die Sonnenaktivität abnahm, konnte sich vor rund 4 Milliarden Jahren eine neue Atmosphäre entwickeln, deren Hauptbestandteil erneut Wasserdampf (80 Prozent) ausmachte. Daneben tauchten zu 10 Prozent Kohlendioxid und bis zu 7 Prozent Schwefelwasserstoff auf. Stickstoff soll nur zu 0,5 Prozent anteilig gewesen sein und Sauerstoff suchte man vergebens.

Es folgten weitere Millionen Jahre der „Abkühlung“, wodurch der Wasserdampf kondensierte und sich schließlich vor mehr als 2,3 Milliarden Jahren die Weltmeere bildeten. Zahlreiche chemische Umwandlungen führten dann vor etwa 2 Milliarden Jahren zur dritten Atmosphäre, welche hauptsächlich aus Stickstoff, Kohlendioxid und Wasserdampf bestand.

Grande Finale - Atmosphäre Nr. 4

Cyanobakterien zählen zu den ältesten Lebensformen überhaupt und ihnen verdanken wir den Sauerstoff in der Atmosphäre. Die im Wasser lebenden Vorfahren der Bakterien veränderten entscheidend die Lebensbedingungen auf der Erde, da sie das Sonnenlicht zur Photosynthese nutzten und Sauerstoff an die Umgebung abgaben, was wiederum die Ozonbildung vorantrieb.

Einen weiteren Zeitsprung (1 Milliarde Jahre) später hatte sich der Sauerstoffanteil verzehnfacht, aber erst vor etwa 700 Millionen Jahren war die Ozonschicht mächtig genug, um genügend UV-Strahlung von der Erde fernzuhalten, wodurch sich Flora und Fauna auch an Land ausbreiten konnten. Dies führte zu einer weiteren Sauerstofferhöhung, bis vor gut 350 Millionen Jahren der heutige Sauerstoffgehalt erreicht wurde. Im Vergleich zum Alter der Erde ist unsere lebensnotwendige Atmosphäre also ein recht junger und empfindlicher Hüpfer, den es zu schützen gilt.