Von Lava zu Leben: Die frühe hochoxidierende Magmasee der Erde

Forschung hat neue Erkenntnisse über die Atmosphäre der frühen Erde geliefert und legt nahe, dass sie durch das Ausgasen von flüchtigen Substanzen aus einem Magmameer entstanden ist, dessen Oxidationszustand höher war als bisher angenommen. Die Studie ergab, dass das Magmameer der frühen Erde zehnmal so viel Fe3+-Gehalt hatte wie der heutige obere Erdmantel, was zu einer CO2- und SO2-reichen Atmosphäre führte.

Neue Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass die frühe Erde ein stark oxidiertes Magmameer hatte, was zu einer CO2- und SO2-reichen Atmosphäre führte. Die nachfolgende Anhäufung reduzierender Materialien war entscheidend für die Schaffung einer bewohnbaren Umgebung.

Die Aufklärung der Atmosphäre und der Oberflächenumgebung der frühen Erde, insbesondere vor dem Ursprung des Lebens, ist entscheidend für das Verständnis der Bewohnbarkeit der Erde. Die Atmosphäre terrestrischer Planeten entsteht durch das Ausgasen flüchtiger Substanzen aus dem Inneren und ihre Zusammensetzung wird hauptsächlich vom Oxidationszustand des Mantels kontrolliert. Zur Bestimmung des Oxidationszustands des Mantels sind die Häufigkeiten von zwei Eisenoxiden, ferros (Fe2+) und ferrit (Fe3+), entscheidend, da der Oxidationszustand des Mantels mit dem relativen Vorkommen dieser beiden Eisenoxide variiert.

Der helle Bereich in der Mitte des Bildes zeigt erstarrte metallische Schmelze und der umgebende graue Bereich weist erstarrte silikatische Schmelze auf. Die Probe wurde in eine Graphitkapsel eingeschlossen, die während der Heizversuche in Diamant umgewandelt wird. Quelle: Geodynamics Research Center, Ehime University

Eine experimentelle Studie der Ehime University in Japan zeigt, dass die Bildungseffizienz von Fe3+ durch die Redox-Disproportionierung von Fe2+ in metallgesättigter Schmelze unter hohem Druck, der dem der unteren Mantelschicht entspricht, höher ist als bisher angenommen. Bei dieser Reaktion entstehen Fe3+ und metallisches Eisen (Fe0) aus 2Fe2+, und die Abscheidung von Fe0 in den Kern erhöht den Gehalt an Fe3+ in der restlichen Schmelze und ihren Oxidationszustand. Die experimentellen Ergebnisse deuten darauf hin, dass der Fe3+-Gehalt des Erdmagmameers während der Bildung des Kerns etwa eine Größenordnung höher war als der gegenwärtige obere Mantel.

Dies legt nahe, dass das Magmameer nach der Kernbildung viel oxidierender war als der gegenwärtige Erdmantel und die Atmosphäre, die durch das Ausgasen flüchtiger Substanzen aus einer solch stark oxidierenden Schmelze entstand, reich an CO2 und SO2 gewesen wäre.

Darüber hinaus stellten die Autoren fest, dass der geschätzte Oxidationszustand des Erdmagmameers denjenigen der Hadeischen Magmen vor mehr als 4 Milliarden Jahren aus geologischen Aufzeichnungen erklären kann. Da die Bildungseffizienz von Biomolekülen in einer CO2-reichen Atmosphäre sehr gering ist, vermuteten die Autoren, dass die späte Anhäufung reduzierender Materialien nach der Bildung der Erde eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung biologisch verfügbarer organischer Moleküle und der Bildung einer bewohnbaren Umgebung spielte.

Finanzierung: Japan Society for the Promotion of Science