Die Größe der großen Oxidation der Erde neu betrachten

Ein Wendepunkt für die atembarere Luft der Erde

Die Geschichte, wie die Erdatmosphäre sauerstoffreich wurde, gehört zu den dramatischsten Wendungen in der Geschichte unseres Planeten. Vor etwa 2,4 Milliarden Jahren wandelte sich die Atmosphäre von nahezu keinem freien Sauerstoff zu Konzentrationen, die schließlich komplexes Leben unterstützen konnten. Doch wie groß war dieses „Große Oxidationsereignis“ wirklich, und vollzog es sich als einziger Sprung oder als ein unordentlicher, hin- und hergehender Prozess? Dieser Überblick fasst die neuesten Hinweise aus uralten Gesteinen, chemischen Signaturen und Computermodellen zusammen und zeigt, dass der Anstieg des Sauerstoffs weit weniger geradlinig — und weitaus unsicherer — war, als viele populäre Diagramme suggerieren.

Von kaum vorhandenem Sauerstoff zu einer Ozonschicht

Für den Großteil der frühen Erdgeschichte enthielt die Atmosphäre nur Spuren freien Sauerstoffs, obwohl Mikroben, die Sauerstoff nutzen konnten, offenbar lange vor der atmosphärischen Umstellung entstanden. Geologen markieren das Große Oxidationsereignis (GOE) traditionell durch ein charakteristisches Verschwinden einer Schwefelsignatur aus alten Sedimenten, die auftritt, sobald ein sehr niedriger Sauerstoffschwellenwert überschritten wird. Diese Veränderung, kombiniert mit Indizien wie dem Auftreten rostroter Gesteine an Land, datiert den Beginn des GOE auf etwa 2,5 bis 2,4 Milliarden Jahre. Mit dem Aufbau von Sauerstoff bildete sich auch eine Ozonschicht, die Lebewesen an der Oberfläche vor schädlicher ultravioletter Strahlung schützte und die Chemie von Atmosphäre und Flusssystemen umgestaltete.

Ein bruchstückhafter und problematischer Befund

Obwohl sich Wissenschaftler einig sind, dass der Sauerstoffgehalt während des GOE anstieg, herrscht starke Uneinigkeit darüber, wie hoch dieser Anstieg war und wie beständig er verlief. Manche chemischen Indikatoren deuten darauf hin, dass der Sauerstoff auf einen winzigen Bruchteil der heutigen Werte stieg, während andere die Möglichkeit zulassen, dass er zeitweise die heutige Konzentration überstieg. Darüber hinaus deuten neue Schwefelbefunde darauf hin, dass die Sauerstoffwerte auf und ab geschwankt haben könnten, mit möglichen „großen Deoxygenationsereignissen“ nach dem ersten Anstieg. Der Gesteinsbefund ist lückenhaft: Viele Schichten fehlen, sind gestört oder durch spätere Prozesse verändert worden, und verschiedene Hinweise können sehr lokal sein — Bedingungen in einer einzelnen Bucht oder einem Meeresbodenbecken widerspiegeln statt des gesamten Planeten. Folglich reichen erstrebenswerte Sauerstoffschätzungen für das GOE über mehrere Größenordnungen.

Eiszeiten, Nährstoffe und widersprüchliche Hinweise

Das GOE fällt auch in eine Reihe uralter Eiszeiten, darunter mindestens eine Phase, in der Gletscher bis in die Tropen reichten. Einige Modelle argumentieren, dass steigender Sauerstoff zum Auslösen dieser tiefen Vereisungen beigetragen haben könnte, indem Methan — ein starkes Treibhausgas — zerstört wurde. Im Gegenzug hätte globale Eisbedeckung die biologische Produktivität stark reduzieren und damit das Gleichgewicht zwischen Sauerstoffquellen und -senken verändern und die Atmosphäre in einen neuen Zustand treiben können. Zugleich wird ein großes positives Kohlenstoffisotopsignal — das Lomagundi–Jatuli-Ereignis — von einigen als Hinweis auf massive Vergrabung organischen Kohlenstoffs und eine vorübergehende Sauerstoff-„Überschwingung“ interpretiert, während andere es als lokale Küstenerscheinung betrachten. Ein wachsendes Instrumentarium aus Metall- und Isotopen-Tracern sollte solche Debatten klären, hat stattdessen aber zusätzliche Komplexität offengelegt, einschließlich starker Überprägung durch spätere chemische Reaktionen in den Gesteinen.

Vor und nach der großen Veränderung

Hinweise auf Sauerstoff finden sich bereits hunderte Millionen Jahre vor dem GOE in Gesteinen, was entweder frühe sauerstoffproduzierende Mikroben oder alternative „dunkle Sauerstoff“-Quellen durch Mineralien und Strahlung nahelegt. Falls solche Sauerstoffnischen existierten, warum blieb die Atmosphäre dann so lange überwiegend sauerstoffarm? Erklärungsansätze reichen von geringen Vorräten an Schlüssel­nährstoffen wie Phosphor bis hin zu Konkurrenz durch Mikroben, die keinen Sauerstoff freisetzten. Ebenso unklar ist die Frage, ob das GOE wirklich um etwa 2,0 Milliarden Jahre endete. Manche chemischen Aufzeichnungen deuten auf einen Rückgang des Sauerstoffs hin, nachdem das große Kohlenstoffisotopenereignis abklingt, während andere Daten aus Zwischenzeiten auf eine anhaltende oder erneute Sauerstoffanreicherung hinweisen. In vielen Fällen könnten Signale des mittleren Proterozoikums, die einst als kurze Ausschläge interpretiert wurden, stattdessen einen moderaten, aber beständigen Sauerstoffhintergrund widerspiegeln.

Neu denken, wie wir die urzeitliche Luft rekonstruieren

Statt eine einzige saubere Sauerstoffkurve zu liefern, argumentiert der Überblick, dass die heutigen Daten viele verschiedene, vertretbare Geschichten für das GOE erlauben. Fortschritte, so die Autoren, werden aus drei Richtungen kommen: einem besseren Verständnis, wie jeder chemische Hinweis entsteht und verändert wird; koordiniertem globalem Proben­nehmen vergleichbarer Gesteinsformationen; und Erd­systemmodellen der nächsten Generation, die Sauerstoff als Teil eines dynamischen, rückkoppelungsreichen Netzwerks verfolgen, das Leben, Klima und den tiefen Erdinneren umfasst. Für Nicht-Spezialisten ist die Kernbotschaft, dass die Große Oxidation in der Tat transformativ war, aber ihre genaue Form — wie schnell, wie hoch und wie beständig der Sauerstoff anstieg — bleibt eine der großen offenen Fragen der Erdwissenschaften. Die „Größe“ des Ereignisses wird letztlich weniger durch eine einzelne Zahl für die Sauerstoffkonzentration definiert sein als durch das Ausmaß, in dem es Klima, Chemie und die belebte Welt des Planeten grundlegend umorganisierte.

Zitation: Crockford, P.W., Sugiyama, I., Kipp, M.A. et al. Revisiting the greatness of Earth’s great oxidation. Commun Earth Environ 7, 348 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03518-8

Schlüsselwörter: Großes Oxidationsereignis, urzeitliche Atmosphäre, frühes Leben, Erdgeschichte, Sauerstoffentwicklung