Geschichte von Sauerstoff und Kohlendioxid bestätigt göttliche Schöpfung

Wissenschaftlicher Fortschritt offenbart immer weitere Details von Gottes Wirken in der Geschichte des frühen Lebens auf der Erde. Forschung zeigt, dass die Erde genau die richtigen Mengen an atmosphärischen Sauerstoff für neue Lebensformen zu genau den richtigen Zeitpunkten empfangen hatte.

Die Atmosphäre der Erde ist durch lange Perioden der Sauerstoffanreicherung gegangen. Die Geschichte dieser Sauerstoffanreicherung hat einen dramatischen Einfluss auf dem Leben der Erde. Manche Microbenarten können ohne atmosphärischen Sauerstoff überhaupt gedeihen. Viele anderen Microbenarten können mit einem atmosphärischen Sauerstoffpegel unter 1% leben und gedeihen. Einige Tierarten mit einer individuellen Körpergröße unter 1 Millimeter können mit einem atmosphärischen Sauerstoffpegel von wenigen Prozentsatz überleben. Tiere mit Körpergrößen größer als einige Centimeter aber benötigen einen atmosphärischen Sauerstoffpegel von mindestens 8%.

Frühere Versuche, die Geschichte des atmosphärischen Sauerstoffs zu bestimmen
Geochemiker haben Kenntnisse der Geschichte des atmosphärischen Sauerstoffpegels der Erde durch Messungen von Isotopenverhältnisse und die Abundanzen gewisser Isotopen gewonnen. Diese Isotopenverhältnisse und Isotopenabundanzen dienen als Ersatzwerte für den Pegel des Sauerstoffs in der Atmosphäre. Bild 1 zeigt den atmosphärischen Sauerstoffpegel der Erde durch die Geschichte der Erde; die Daten wurden von diesen Ersatzwerten abgeleitet.

Cerium als Ersatz für Sauerstoff
Die gepunktete Linie in Bild 1 zeigt einen Abschnitt der Geschichte der Erde, für die Geochemiker keine guten, unangefochtenen Ersatzwerte hatten. Die besten Ersatzwerte waren die Messungen vom Pegel der Ceriumabundanz und Chromium Isotopen. Cerium ist vorzugsweise aus Meereswasser unter höhen Pegel von atmosphärischem Sauerstoff gewonnen.¹ Die Sauerstoffkinetik des Ceriums ist aber schlecht eingeschränkt und der oxidative Pfad ist heftig debattiert worden.² Deswegen reichen die auf Cerium Abundanzen ruhenden Einschätzungen des atmosphärischen Sauerstoffpegels aus dem Zeitraum 2,5–4,0 Milliarden Jahren nach der Formation der Erde von 0,02–0,2%.³

Chromium als Ersatzwert für Sauerstoff
Oxidative Verwitterung von kontinentalen Landmassen bringt fraktioniertes Chromium ins Meereswasser. Deswegen ergeben die Messungen der Isotopenverhältnisse für Chromium im Meeressediment eine Messung vom Sauerstoffpegel in der Atmosphäre. Auf Grund von Chromium Isotopen in zwei Studien lagen die atmosphärischen Sauerstoffpegel aus dem Zeitraum von 2,5–4,0 Milliarden Jahren nach der Formation der Erde im Bereich von 0,02–0,2%.⁴ Zwei weitere Studien ergaben Werte von 0,2–2,0%.⁵

Diese weit auseinanderliegenden Werte erklären warum Wissenschaftler solche weitschweifenden Spekulationen über Leben in diesem Zeitraum formulierten. Manche haben spekuliert, dass es vielleicht kurze Episoden in dieser 2,5–4,0-milliarden-Jahr-Spanne der Geschichte der Erde gab, wo der atmosphärische Sauerstoffpegel viel höher als 2% hätte sein können. In solchen Fällen sind möglicherweise Pflanzen und Tiere mit Körpergrößen von größer als ein Centimeter entstanden. Solche Spekulationen haben einige Evolutionsbiologen dazu bewegt, den Schluss zu ziehen, dass die im Avalon (vor ungefähr 575 Millionen Jahren) und Kambrium (vor ungefähr 541 Millionen Jahren) stattgefundenen Explosionen des Lebens vielleicht nicht so explosiv gewesen sind. Wenn das der Fall ist, dann wäre Gott vielleicht nicht so stark an die Geschichte des Lebens auf der Erde beteiligt, wie es die Theisten denken und behaupten.

Neue Messung der Geschichte der Sauerstoffanreicherung der Erde
Ein von Changle Wang geleitetes internationales Team von einem Dutzend Geophysiker entwickelten einen neuen Ersatz fürs Bestimmen des atmosphärischen Sauerstoffpegel.⁶ Dieser Ersatz ist die Eisenisotopenverhältnisse in eisenreichem auf Kontinentalplatten gelagerten Sedimentgestein. Das Team entdeckte, dass, egal was die Quelle des Eisen-II war, unvollständige Eisen-II-Oxidation in solchem Gestein verlangt niedrige Sauerstoffpegel in flachen Gewässern. Diese niedrigen Sauerstoffpegel wiederum sind mit niedrigem Pegel atmosphärischen Sauerstoffs verbunden.

Eisenisotopen-Verhältnisse haben sich als effektiver, zuverlässiger Ersatz für atmosphärische Sauerstoffpegel erwiesen und das hauptsächlich, weil Eisen überall vorhanden und abundant in Meeressedimentgestein ist. Deswegen haben Wissenschaftler zum ersten Mal eine genaue und vollständige Aufzeichnung der atmosphärischen Sauerstoffpegel der Erde vom Zeitraum 2,5–4,0 Milliarden Jahren nach der Geburt der Erde (vor 2,1–0,6 Milliarden Jahren) erzielt. Es ist keine gepunktete Linie im Graph mehr (siehe Bild 2).

Wangs Team stellte fest, dass ab einem Zeitraum von vor 2,1–0,9 Milliarden Jahren der atmosphärische Sauerstoffpegel unter 0,2% blieb. Irgendwann zwischen vor 900 und 750 Millionen Jahren begannder atmosphärische Sauerstoffpegel allmählich über 0,2% zu steigen.

Die neueste Messung, die Wangs Team gemacht hat, hat den Pegel von vor 750 Millionen Jahren festgestellt. Der atmosphärische Sauerstoffpegel damals lag um 1%. Dieser Pegel stimmt mit dem Erscheinen der ersten eukaryotischen Raubtieren—winzige, primitive Tiere, die anderen noch kleineren Tiere fressen–überein. Solche Tiere benötigen einen Mindestpegel vom atmosphärischen Sauerstoff von 1%. Erst mit der avalonischen Explosion um vor 575 Millionen Jahren sehen Wissenschaftler Tiere im Fossilbericht, die signifikant mehr atmosphärischen Sauerstoff benötigen.

Die Geschichte des Kohlendioxids auf der Erde
Tiere benötigen auch einen niedrigen atmosphärischen Kohlendioxidpegel. Hohe atmosphärische Kohlendioxidkonzentrationen führen zur Übersäuerung (niedrige pH-Werte) in Ozeane, Seen und Flüsse und in den Geweben und Körperflüssigkeiten von Meerestieren. Übersäuerung schadet langfristig der Gesundheit aller Meerestiere und kurzfristig der Gesundheit der Meerestiere mit einer hohen Stoffwechselrate.⁷ In luftatmenden Tiere stört ein erhöhter Kohlendioxidpegel Atmung und Autoregulation der Durchblutung, was wiederum zu kognitivem und respiratorischem Versagen und schließlich Kreislaufstillstand führt.⁸

Drei “Schneematschereignisse” (Eiszeitperioden wo mehr als die Hälfte der Erdkugel mit einer dicken Eisschicht bedeckt wird) waren nötig, um den atmosphärischen Kohlendioxidpegel auf einen Pegel herabzusenken, wo Tiere mit großen Körpern überleben konnten.⁹ Diese drei Ereignisse waren die sturtianische (vor 715–680 Millionen Jahren), marinoanische (vor 650–635 Millionen Jahren) und gaskiersche (vor 579.9–579.6 Millionen Jahren) Vergletscherungen. Kurz nach der gaskierschen Vergletscherung sank der atmosphärische Kohlendioxidpegel der Erde endlich bis auf einen Pegel, wo Tiere mit großen Körpern existieren konnten. Die erste avalonische Explosion vor 575 Millionen Jahren stellt die Ersterscheinung von Tieren mit großen Körpern dar.

Philosophische/Theologische Folgerungen
Die Forschungsergebnisse von Wangs Team schließt die Tür für weitere Spekulationen über dem atmosphärischen Sauerstoffpegel der Erde in der Vergangenheit. Ihr Beitrag schließt mit den Worten: “Die O2 Pegel₂ auf der Oberfläche haben sich synchron mit der eukaryotischen Evolution im Proterozoikum entwickelt.”¹⁰ Mit anderen Worten: Sobald der atmosphärische Sauerstoffpegel einen Pegel erreicht hat, der die Existenz von Tieren zuließ, die mindestens den Pegel atmosphärischen Sauerstoff benötigten, sind diese Tiere entstanden. Es fand keinen langen evolutionären Prozess statt. Die Tiere entstanden sobald die Sauerstoffbedingungen ihre Existenz zuließen.

Alle naturalistischen Prozesse (natürliche Auslese, Mutationen, Genaustausch, Epigenetik), die Evolution treiben sollen, benötigen lange Zeiträume um signifikante Änderungen hervorzubringen. Der Fossilbericht aber—in Verbindung mit der von Wangs Team festgelegten Geschichte der atmosphärischen Sauerstoffpegel auf Erde—zeigt, dass die Zeiträume extrem kurz sind, nicht zu unterscheiden von einem geologischen Augenblick. Die Unmittelbarkeit mit der die Tiere entstehen, nachdem die Minimalsauerstoffpegel erreicht werden, die sie benötigen, um zu überleben, unterstützt das Argument, dass ein übernatürlicher, superintelligenter Schöpfer solches Leben erschaffen hat, wie in Psalm 104beschrieben wird.

Endnoten

1. Michael Bau und Andrea Koschinsky, “Oxidative Scavenging of Cerium on Hydrous Fe Oxide: Evidence from the Distribution of Rare Earth Elements and Yttrium between Fe Oxides and Mn Oxides in Hydrogenetic Ferromanganese Crusts,” Geochemical Journal 43, no. 1 (2009): 37–47, doi:10.2343/geochemj.1.0005.
2. Bau und Koschinsky, “Oxidative Scavenging of Cerium”; James W. Moflett, “The Relationship between Cerium and Manganese Oxidation in the Marine Environment,” Limnology and Oceanography 39, no. 6 (September 1994): 1309–18, doi:10.4319/lo.1994.39.6.1309.
3. Eric J. Bellefroid et al., “Constraints on Paleoproterozoic Atmospheric Oxygen Levels,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 115, no. 32 (23.Juli.2018): 8104–9, doi:10.1073/pnas.1806216115; Xiao-Ming Liu et al., “A Persistently Low Level of Atmospheric Oxygen in Earth’s Middle Age,” Nature Communications 12 (13.Januar.2021): id. 351, doi:10.1038/s41467-020-20484-7.
4. Noah J. Planavsky et al., “Low Mid-Proterozoic Atmospheric Oxygen Levels and the Delayed Rise of Animals,” Science 346, no. 6209 (31.Oktober.2014): 635–8, doi:10.1126/science.1258410; Devon B. Cole et al., “A Shale-Hosted Cr Isotope Record of Low Atmospheric Oxygen during the Proterozoic,” Geologie 44, no. 7 (1.Juli.2016): 555–8, doi:10.1130/G37787.1.
5. Donald E. Canfield et al., “Highly Fractionated Chromium Isotopes in Mesoproterozoic-Aged Shales and Atmospheric Oxygen,” Nature Communications 9 (20.Juli.2018): id. 2871, doi:10.1038/s41467-018-05263-9; G. J. Gilleaudeau et al., “Oxygenation of the Mid-Proterozoic Atmosphere: Clues from Chromium Isotopes in Carbonates,” Geochemistry Perspectives Letters 2, no. 2 (24.Mai.2016): 178–87, doi:10.7185/geochemlet.1618.
6. Changle Wang et al., “Strong Evidence for a Weakly Oxygenated Ocean-Atmosphere System during the Proterozoic,” Proceedings of the National Academy of Sciences USA 119, no. 6 (31.Januar.2022): id. e2116101119, doi:10.1073/pnas.2116101119.
7. Hans O. Pörtner, Martina Langenbuch, and Anke Reipschläger, “Biological Impact of Elevated Ocean CO₂ Concentrations: Lessons from Animal Physiology and Earth History,” Journal of Oceanography 60, no. 4 (1.August.2004): 705–18, doi:10.1007/s10872-004-5763-0.
8. Zaher S. Azzam et al., “The Physiological and Molecular Effects of Elevated CO₂ Levels,” Cell Cycle 9, no. 8 (20.April.2010): 1528–32, doi:10.4161/cc.9.8.11196; Kris Permentier et al., “Carbon Dioxide Poisoning: A Literature Review of an Often Forgotten Cause of Intoxication in the Emergency Department,” International Journal of Emergency Medicine 10 (4.April.2017): id. 14, p. 1, doi:10.1186/s12245-017-0142-y.
9. Stephan V. Sobolev and Michael Brown, “Surface Erosion Events Controlled the Evolution of Plate Tectonics on Earth,” Nature 570 (5.Juni.2019): 52–57, doi:10.1038/s41586-019-1258-4; Hugh Ross, “Why Do We Need Snowball Events?” Today’s New Reason to Believe (blog), Reasons to Believe, 5.August.2019.
10. Wang et al., “Strong Evidence,” p. 6.