(3) Evolution der Erdatmosphäre

Klima- und UmweltveränderungenKlima 55

Primäre Atmosphären

Die terrestrischen Planeten konnten keine primären Atmosphären halten. Sie waren dem T-Tauri-Wind am stärksten ausgesetzt. Außerdem ist bei ihnen aufgrund der geringen Sonnen-entfernung die Oberflächentemperatur so hoch, dass die thermische Flucht, insbesondere für H2 und He, viel stärker ausgeprägt ist. Die Riesenplaneten Jupiter, Saturn, Uranus und Neptun haben dagegen ihre primären Atmosphären größtenteils noch heute (Bildquelle: NASA). (Und Pluto ist ja gar kein Planet mehr: Siehe „Einführung in die Geophysik“)

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Bildung der sekundären Atmosphäre

In ihrer „Jugendzeit“ war die Erde vulkanisch noch wesentlich aktiver als heute. Vulkane fördern Lava, Asche und, vor allem, sehr viel Gas. Die gesamte sekundäre Atmosphäre der Erde entstand durch Entgasung aus dem Erdmantel. Hauptbestandteile waren H2O und CO2.

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Entstehung der OzeaneKlima 58

Erst nachdem sich die Erdoberfläche auf unter 100 °C abgekühlt hatte, konnte sich flüssiges Wasser auf der Erde sammeln. (Fast) das gesamte Wasser der Ozeane ist in sintflutartigen Regenfällen vom Himmel gefallen. Für einige zehntausend Jahre gab es auf der Erde richtig schlechtes Wetter (Symbolfoto, Quelle: Karlsruher Wolkenatlas).

Wasser auf dem Mars

Strömungsmuster im Ares vallis und Rinnen an einem Kraterrand.

Ehemaliges Gewässernetz in der Thaumasia Region und Rinnen im Newton Krater (u.)

Geschichtete Sedimente im Holdenkrater, wahrscheinlich Ablagerungen eines ehe-maligen Sees.

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Quelle:NASA

Exkurs: „Das Marsgesicht“

Das rätselhafte Marsgesicht in der Cydonia Region auf den Aufnahmen der Sonde Viking 1 aus dem Jahr 1976 (links oben, Bildquelle: NASA) entpuppt sich in den Bildern von Mars Express als eher „harmloser“ Tafelberg (Bildquelle: ESA/DLR).

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Karbonat-Silikat-Zyklus

CaCO3 reagiert mit mit Quarz (SiO2) zu CaSiO3, CO2 wird freigesetzt und gelangt bei Vulkanausbrüchen in die Atmosphäre. Stabilisierung des Erdklimas: Sinkende Temperatur geringere Verdunstung weniger Niederschlag CO2 langsamer aus der Atmosphäre entfernt, wird aber mit unverminderter Geschwindigkeit bei Vulkanausbrüchen gefördert Anreicherung von CO2 in der Atmosphäre Anstieg der Temperatur.

Karbonat-Silikat-Zyklus. CO2 + H2O (Regenwasser) H2CO3 (Kohlensäure), löst Gestein, das Kalzium- und Silikatmineralien enthält. Ca++ und HCO3

– Ionen werden ins Meer transportiert und von Plankton als CaCO3 (Kalzium-karbonat) in Kalkschalen eingebaut. Abgestorbene Organismen sinken auf den Meeresboden, bilden Karbonatsedimente, werden bei der Subduktion des Meeres-bodens steigenden Temperaturen und Drücken ausgesetzt.

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Erstes Leben

Hydrothermale Schlote (Black Smoker) an mittelozeanischen Rücken sind die Heimat von primitiven Hyperthermophilen Bakterien, die in mehr als 100°C heißem Wasser überleben können und ihre Energie mittels Chemosynthese gewinnen. Frühe Lebensformen auf der Erde sind vielleicht in einer ähnlichen Umgebung entstanden.

Die ältesten bisher bekannten fossilen Überreste irdischer Lebensformen in der Form heutiger Bakterien mit einem Durchmesser von einigen m (rot). Barberton Greenstone Belt, Südafrika, Alter ~ 3.5 Mrd. Jahre. Die umgebenden Kieselschiefer (grün) entstanden in einer Region mit intensivem Vulkanismus, als sich Silizium aus heißen Quellen ansammelte. In den umgebenden Gesteinen finden sich große Mengen an Kissenlaven.

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Cyanobakterien

Fischerella Prochloron Spirulina

Cyanobakterien (früher blaugrüne Algen) – sind Einzeller, denen ein echter Zellkern fehlt (Prokaryoten). Sie bilden oft fadenförmige Kolonien von einfacher Organisation. Sie sind in etwa 1400 Arten über die ganze Erde verbreitet und besiedeln auch extreme Biotope wie Thermalquellen.

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Grand prismatic spring, Yellowstone (Bilder: UF, B. Edmaier)