Wetterthema Die vier Atmosphaeren der Erde
Die Atmosphäre hat im Verlauf der Erdgeschichte mehrere völlig unterschiedliche Gestalten angenommen. Ihre Entwicklung unterlag Einflüssen des Erdkörpers sowie der Sonne und ist eng mit der Entstehung des Lebens verbunden.
Eine erste Atmosphäre konnte sich vor etwa 5 Mrd. Jahren ausbilden, während der Entstehung des Planeten. Die Erdkugel war zu dieser Zeit noch sehr heiß und flüssig. Gase, die ihr entwichen, verflüchtigten sich aus dieser sogenannten Uratmosphäre daher nach einiger Zeit in den Weltraum.
Die zweite Atmosphäre wird auf ca. 4 Mrd. Jahre vor unserer Zeit datiert. Sie entwickelte sich nach Abkühlung und Erstarrung der Erdkruste aus Gasen, die ihren Vulkanschloten entstammten. Diese Gase reagierten miteinander zu Methan (CH4), Ammoniak (NH3), molekularem Wasserstoff (H2), molekularem Stickstoff (N2) und zu Wasserdampf (H2O). Ein ähnliches Gasgemisch weist heute die Atmosphäre des Jupiters auf. Da die Temperaturen langsam weiter sanken, kondensierte der überwiegende Teil des Wasserdampfes. Meere bildeten sich. Ein Teil des Ammoniaks ging darin in Lösung. Man spricht daher auch von der Ammoniak-Ursuppe. Die Anteile des Wasserdampfs und Ammoniaks in der Atmosphäre wurden folglich mit den Jahrmillionen immer kleiner.
Die dritte Atmosphäre fällt in die Zeit vor etwa 3 Mrd. Jahren. Man geht davon aus, dass große Mengen der Gaskomponenten der zweiten Atmosphäre durch ultraviolette Strahlung von der Sonne aufgespalten wurden (photochemische Umwandlung). Die Aufspaltung von Ammoniak erhöhte dabei die Konzentration des molekularen Stickstoffs, welcher die erste Hauptkomponente der dritten Atmosphäre bilden sollte. Diese Aufspaltung brachte ebenso wie jene von Methan und Wasserdampf freie Wasserstoffatome (H) hervor, die jedoch alsbald in den Weltraum entwichen. Bedeutsamer war, dass die photochemische Umwandlung von Methan und Wasserdampf zusätzlich Kohlenstoff (C) und Sauerstoff (O) freisetzte, die zur zweiten Hauptkomponente der dritten Atmosphäre reagierten, dem Kohlendioxid (CO2). Aus einem vergleichbaren Gasgemisch, das größtenteils aus molekularem Stickstoff und Kohlendioxid besteht, setzt sich heute die Atmosphäre der Venus zusammen.
Entscheidend für die Entwicklung der vierten Atmosphäre, wie wir sie gegenwärtig vorfinden, war die Entstehung des Lebens. Zu seinen ersten Vertretern gehörten Meeresalgen. Ihr Chlorophyll gibt ihnen die Möglichkeit, Kohlendioxid und Wasser mit Hilfe des Sonnenlichts umzuwandeln. Während sie den Kohlenstoff für ihr eigenes Wachstum verwenden, setzen sie den (molekularen) Sauerstoff (O2) gleichsam über den Prozess der Photosynthese frei. Der auf diese biologische Weise produzierte Sauerstoff wurde allerdings zunächst von Eisen gebunden (Oxidation). Seit etwa 2 Mrd. Jahren jedoch reicherte sich der Sauerstoff in der Atmosphäre an. Die Bildung der Ozonschicht in der höheren Atmosphäre, welche die schädliche Ultraviolett-Strahlung der Sonne weitgehend abschirmt, ließ schließlich die Entwicklung des Lebens außerhalb der Meere zu. Die Pflanzen auf dem Land konnten in der Folge zusätzlichen Sauerstoff produzieren.
Die heutige Atmosphäre setzt sich somit hauptsächlich aus Stickstoff (zu 78 %) und Sauerstoff (zu 21 %) zusammen. Die Sauerstoffproduktion findet weiterhin statt und kompensiert den anhaltenden Sauerstoffabbau durch Oxidation, Atmung und Verbrennung.