Wie kam der Sauerstoff in die Luft?
Was wir umgangssprachlich als „Luft“ bezeichnen, ist ein Gemisch aus verschiedenen Gasen. Sauerstoff ist darin mit ca. 21 Prozent vertreten. Den größten Anteil hat Stickstoff mit 78 Prozent. Zu rund einem Prozent ist das Edelgas Argon enthalten. Darüber hinaus kommen weitere Gase in Spuren vor, unter ihnen das Kohlendioxid, das die Pflanzen zur Photosynthese brauchen. Die Luft wie wir sie heute kennen, gibt es erst seit ca. 350 Millionen Jahren.
Nach der Entstehung der Erde vor rund 4,5 Milliarden Jahren war Sauerstoff zunächst in Mineralien (hauptsächlich Silikaten) und Kohlendioxid gebunden und kam deshalb in der Uratmosphäre nicht vor. Erst als vor 3,5 Milliarden Jahren im Wasser die Blaualgen (die eigentlich keine Algen sind sondern Bakterien) entstanden, die durch Photosynthese Sauerstoff aus dem Wasser freisetzten, entstand erstmals gasförmiger Sauerstoff auf der Erde. Dieser hatte anfangs jedoch kaum Auswirkungen auf die Zusammensetzung der Atmosphäre, sondern reagierte sofort mit in den Ozeanen gelöstem Eisen und Schwefelverbindungen. Erst als vor etwa 2,3 Milliarden Jahren dieser Prozess zum Erliegen kam, gelangte das Gas aus den Ozeanen in die Atmosphäre. Allmählich stieg die Sauerstoffkonzentration an, aber auch an Land mussten erst massive Eisensulfid-Vorkommen oxidiert werden. Dieser Vorgang war nach einigen 100 Millionen Jahren im Wesentlichen abgeschlossen.
Vor 1,5 Milliarden Jahren entstanden im Wasser die ersten Lebewesen, die Sauerstoff durch einen als Atmung bezeichneten, biochemischen Prozess zur Energiegewinnung nutzen konnten. In höheren Schichten der Atmosphäre begann vor ca. 700 Millionen Jahren die Ozonschicht sich zu bilden. Nun konnte sich auch das Leben an Land entfalten, da es besser vor der schädlichen ultravioletten Strahlung der Erde geschützt war. Wahrscheinlich seit 350 Millionen Jahren liegt der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre auf dem heutigen Niveau. Zu dieser Zeit bildete sich ein Gleichgewicht zwischen der Sauerstoffproduktion durch Photosynthese und dem Sauerstoffverbrauch durch Atmung.
Im Weltall ist Sauerstoff nach Wasserstoff und Helium das dritthäufigste Element. Es wird im Inneren von Sternen durch Kernfusion gebildet. Bei Temperaturen von über 15 Millionen Grad Celsius entsteht es aus der Verschmelzung von Helium-Atomkernen. Wenn Sterne am Ende ihres „Lebens“ in einer Supernova explodieren oder zu einem so genannten Roten Riesen werden und allmählich die Materie ihrer Hülle ins Weltall abgeben, wird der Sauerstoff zusammen mit den anderen gebildeten Elementen frei gesetzt und bildet Gas- und Staubwolken wie jene, aus der sich unser Sonnensystem bildete.
Die Frage wurde beantwortet von Dr. Mario Trieloff vom Mineralogischen Institut der Universität Heidelberg.