Eine abenteuerliche Entwicklungsgeschichte: Die Erdatmosphäre!

Am heutigen Dienstag ist der „Erzeuge-ein-Vakuum“-Tag. Vielleicht schwirrt Ihnen nun die ein oder andere Person durch den Kopf, von der Sie denken, dass sie dieses Tagesmotto gekonnt zwischen ihren Ohren anwendet. Vielleicht denken Sie bei „Vakuum“ aber auch an das Weltall, wobei das nicht zu 100 % stimmt. Selbst im interstellaren Raum schwirrt noch das ein oder andere verträumte Teilchen umher, sodass man nicht von einem perfekten Vakuum sprechen kann. 

Aber wie dem auch sei, zum Glück hat es unsere Erde geschafft, den nahezu luftleeren Raum zu füllen. Die Rede ist von unserer Atmosphäre. Ohne sie gäbe es das heutige Thema des Tages nicht, was aber auch nicht weiter schlimm wäre, da auch keine interessierte Leserschaft existieren würde. Ein großes Dankeschön also an das Gasgemisch, das sich grob gesagt zu 80 % aus Stickstoff und 20 % aus Sauerstoff zusammensetzt (Wasserdampf, Argon und Spurengase lassen wir jetzt mal außen vor). Eine Selbstverständlichkeit ist die Atmosphäre für unsere Erde allerdings nicht. Vielmehr kann sie bisher auf ein sehr „bewegtes Leben“ zurückblicken. Werfen wir einen Blick zurück und begleiten die Erdatmosphäre von ihrer „Geburt“ bis zu ihrem jetzigen Zustand. 

Erdatmosphäre 

Als vor etwa 4,6 Milliarden Jahren die Erde entstand, dauerte es vergleichsweise nicht lang (nur wenige Millionen Jahre) bis sich um diesen neuen Planeten eine erste Gashülle legte – die sogenannte Uratmosphäre. Sie bestand wahrscheinlich zum größten Teil aus Wasserstoff (92 %) und zu einem geringen Teil aus Helium (7 %). Stickstoff kam nur zu 0,008 % und Sauerstoff zu 0,006 % vor. 100 Mio. Jahre später, also vor rund 4,5 Mrd. Jahren, wurde die erste Erdatmosphäre schon wieder (im wahrsten Sinne) weggeblasen. Zum einen erhitzte sich die Erdoberfläche durch die ständigen Materieeinschläge so stark, dass die relativ leichten Wasserstoff- und Heliummoleküle durch ihre dadurch erhöhte Bewegungsenergie ins Weltall entfliehen konnten. Zum anderen nahm zusätzlich unsere Sonne ihre „Arbeit“ auf, indem in ihrem Inneren die Kernfusion „gestartet“ wurde. Dem dadurch entstandenen Sonnenwind (geladene Teilchen, die von der Sonne in alle Richtungen geschossen werden) hatte unsere Uratmosphäre nichts entgegenzusetzen. Sie wurde förmlich von der Erde weggerissen. Dieser Sonnenwind war damals vermutlich 1000-mal so stark wie heutzutage, weshalb er unserer jetzigen Atmosphäre kaum noch etwas anhaben kann. 

Im weiteren Verlauf ließen die Materieeinschläge mehr und mehr nach, wodurch sich die Erde allmählich abkühlen konnte. Infolge des Ausgasens (Gasaustritt aus z.B. Gesteinen und Lava) konnte sich vor etwa 4 Mrd. Jahren eine neue Atmosphäre ausbilden. Die Wissenschaft geht davon aus, dass sich dieses Gasgemisch hauptsächlich zu rund 80 % aus Wasserdampf, etwa 10 % aus Kohlendioxid und bis zu 7 % aus Schwefelwasserstoff zusammensetzte. Stickstoff machte dabei nur einen Anteil von 0,5 % aus, Sauerstoff kam überhaupt nicht vor. 

Dadurch, dass sich die Erde immer weiter abkühlte, fing der Wasserdampf vor etwa 3,5 Mrd. Jahren allmählich an, zu kondensieren – und zwar im ganz großen Stil! Die Folge war die Entstehung der Weltmeere. Diese bildeten in Verbindung mit den vorhandenen Gasen und der starken UV-Strahlung der Sonne den Startschuss für zahlreiche chemische Reaktionen. Einzig der Stickstoff blieb davon weitgehend unberührt. 

Vor etwa 2,3 Mrd. Jahren wurde die Atmosphäre schließlich zunehmend mit Sauerstoff angereichert. Dieser entstand durch Fotosynthese, die durch sogenannte Cyanobakterien betrieben wurde und stellte letztlich den Beginn der Ozonbildung dar. Diese war ihrerseits wieder die Voraussetzung für die weitere Entwicklung von Leben auf der Erde, da sie einen Teil der einfallenden UV-Strahlung „unschädlich“ machte. 

Als die Ozonschicht schließlich stark genug war, um so viel UV-Strahlung von der Erdoberfläche fernzuhalten, dass sich die Pflanzenwelt nicht nur im Meer, sondern auch auf dem Land ausbreiten konnte, „florierte“ förmlich die Sauerstoffproduktion. Vor gut 350 Mio. Jahren wurde so etwa das heutige Sauerstoffniveau erreicht. Langsam aber sicher gewann die Atmosphäre damit ihre heutige Zusammensetzung. 

Damit sind wir nach dieser langen Reise endlich wieder in der Gegenwart angekommen. Da heißt es erst mal: durchatmen! 

Dipl.-Met. Tobias Reinartz
Deutscher Wetterdienst
Vorhersage- und Beratungszentrale
Offenbach, den 04.02.2025
Copyright (c) Deutscher Wetterdienst