Lebenselixier mit Killerpotenzial

Ohne Kohlendioxid sähe die Erde anders aus

Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren entstand unser Sonnensystem, und mit ihm die Erde. Dass sich das Leben zur heutigen Fülle entwickeln konnte, ist einer Reihe von glücklichen Zufällen zu verdanken. Entscheidend beteiligt war dabei eine besondere Substanz: CO2 - Kohlendioxid. Ein Stoff, der inzwischen in Verruf geraten ist. Dabei wäre ohne ihn auf unserem Planeten nichts so, wie es heute ist.

Die junge Erde glich einem Inferno: In ihrem Inneren wüteten Urkräfte. Ständig wurde sie von heftigen vulkanischen Eruptionen erschüttert, in denen Unmengen von Kohlendioxid und Wasserdampf freigesetzt wurden. Dazu schlugen immer wieder Asteroiden in der Erdkruste ein. Über Jahrmilliarden bildete sich so die Ur-Atmosphäre, die unseren Planeten schützend umgab. Sie war dominiert von Wasserdampf, Kohlendioxid und Methan und glich einem höllischen Treibhaus.

Die Hölle auf Erden

Die Sonneneinstrahlung in der Frühzeit der Erde war nach Berechnungen der Physiker deutlich schwächer als heute. Demnach hätte unser Planet damals vollständig von Eis bedeckt sein müssen. Dass dem nicht so war, hat einen Grund: Die Erdatmosphäre enthielt wesentlich mehr Wärme absorbierende Gase als heute, so dass die Wärmestrahlung der Erde zu einem großen Teil zurückgehalten wurde. Entsprechend hoheTemperaturen herrschten auf der Erdoberfläche - der sogenannte Treibhauseffekt. Im Lauf vieler Jahrmillionen kühlte die Erde dann so weit ab, dass lebensfreundlichere Bedingungen einkehrten.

Eine wichtige Rolle spielte dabei eine astronomische Katastrophe: Vor etwa 4,5 Milliarden Jahren kollidierte ein marsgroßer Himmelskörper mit dem Vorläufer der Erde. Bei diesem "Streifschuss" wurde eine gewaltige Menge Material aus dem Erdmantel herausgeschlagen und zusammen mit Trümmern des Einschlagskörpers ins All geschleudert. Daraus entstand der Mond, aber entscheidend für die Zukunft unseres Planeten war ein Nebeneffekt: Zusammen mit dem Gestein verlor die junge Erde dabei auch riesige Mengen an Kohlendioxid. Der Treibhauseffekt der Ur-Atmosphäre blieb dennoch über viele Hundert Millionen Jahre enorm.

Kohlendioxid im Kreislauf

Und noch ein Umstand war entscheidend: Durch die hohe Wasserdampf-Konzentration in der Atmosphäre bildeten sich mächtige Regenwolken. Der erste Regen fiel auf noch heißen Untergrund, verdampfte wieder und bildete neue Wolken. Wissenschaftler haben berechnet, dass es rund 40.000 Jahre lang in Strömen geregnet haben muss. Durch diese Sinflut wurde ein großer Teil des Kohlendioxids aus der Luft gewaschen. Allmählich bildeten sich Ozeane. Auf ihrem Grund wurde das Kohlendioxid im Gestein gebunden. Diese Prozesse sind Teil des Kohlenstoffkreislaufs, der der Atmosphäre gewaltige Mengen an CO2 entzieht und dadurch wie ein Thermostat das Klima auf der Erde über lange Zeiträume regelt.

Erde und Venus im Vergleich (Trick)
Erde und Venus Quelle: York Films

Welches Schicksal unsere Erde ohne diese Zufälle ereilt hätte, lässt sich an unserem Nachbarplaneten Venus studieren. Da keine Planetenkollision und kein Dauerregen Gase aus ihrer Atmosphäre entfernten, ist der CO2-Gehalt der Venusatmosphäre etwa hunderttausendmal so hoch wie auf der Erde. Dass es auf der Venus so heiß ist, könnte zwar theoretisch an ihrer größeren Nähe zur Sonne liegen. Doch weil an ihrer dichten Wolkendecke ein Großteil der Sonnenstrahlung reflektiert wird, fällt diese geringere Entfernung kaum ins Gewicht. Die Temperaturen von rund 450 Grad auf der Venus sind vielmehr einem äußerst starken Treibhauseffekt zuzuschreiben.

Biomasse aus Licht und Luft

Im Vergleich mit unserem Nachbarplaneten wird klar: Die besondere Atmosphäre der Erde ist ein seltener Glücksfall. Ohne ihre schützende Wirkung und den mäßigen Treibhauseffekt wäre es hier um 33 Grad kälter. Erstarrt unter einem globalen Eispanzer hätte das Leben keine Chance gehabt, würde nicht der Kohlenstoffkreislauf dafür sorgen, dass sich auf unserem Planeten Kaltphasen flächendeckender Vereisung mit Warmzeiten abwechseln.

Vor etwa vier Milliarden Jahren hatten sich die Bedingungen auf der Erde so stabilisiert, dass eine neue Ära beginnen konnte: Die ersten primitiven Organismen entwickelten sich. Doch erst nach 800 Millionen Jahren hatten sie gelernt, die Sonnenenergie zum Überleben zu nutzen. Pflanzen haben mit der Fotosynthese die Energiegewinnung aus dem Sonnenlicht perfektioniert: Aus Kohlendioxid und Wasser bauen sie mithilfe der Sonnenenergie organische Substanz auf, die Basis aller biologischen Kreisläufe.

Die Dosis macht das Gift

Diese von den grünen Gewächsen produzierte Biomasse - rund 100 Milliarden Tonnen pro Jahr auf der Erde - ist der universelle Energieträger für alle anderen Lebewesen. Wer nicht selbst aus Kohlendioxid Biomasse herstellen kann, nimmt Nährstoffe aus Biomasse auf und setzt Kohlendioxid frei. Der ewige Kreislauf dieses besonderen Gases ist so der Motor für alle Lebensprozesse auf der Erde.


Das farb- und geruchlose Molekül ist sehr stabil, das heißt chemisch eher träge, und kommt deshalb auf der Erde relativ häufig vor. Die Luft, die wir atmen, enthält durchschnittlich 0,03 Prozent Kohlendioxid, jeder Mensch atmet jährlich etwa 350 Kilogramm davon aus. Das meiste CO2 liegt jedoch in gebundener Form vor: in carbonathaltigen Gesteinen und gelöst in den Ozeanen. Aber wie viel davon verträgt ein Planet? Ab wann wird das Lebenselixier zum Gift? Das richtige Maß liegt wie so oft in der Mitte - das gilt auch im kleinen Maßstab. In höherer Konzentration, ab etwa acht Prozent, ist Kohlendioxid für den Menschen und die meisten Tiere tödlich.

Gefahr aus der Tiefe

Im August 1986 kam es in Zentralafrika zu einer Katastrophe, der mehr als 1700 Menschen zum Opfer fielen. Der Nyos-See in Kamerun spuckte eines Nachts gewaltige Mengen CO2 aus. Dieser See liegt im Krater eines erloschenen Vulkans. Unterhalb seines Grundes befindet sich eine Magmablase, die ständig Kohlendioxid freisetzt. In anderen Kraterseen kann das Gas ungehindert an die Oberfläche blubbern. Doch der Nyos-See ist sehr tief und liegt windgeschützt. Bedingt durch den Druck der Wasserschichten ist das Kohlendioxid in der Tiefe nicht gasförmig, sondern flüssig und konnte sich über Jahrzehnte am Grund des Sees ansammeln - eine tickende Zeitbombe.

Wird die Schichtung im Wasserkörper gestört, etwa durch ein Erdbeben, nimmt der Druck unvermittelt ab. Die Kohlendioxidblase wird wieder gasförmig, steigt nach oben und entweicht explosionsartig. Dieser sogenannte Champagner-Effekt wurde am Nyos-See durch die Erschütterung eines Erdrutsches erzeugt. 1,6 Millionen Tonnen Kohlendioxid traten auf einen Schlag aus dem See aus. Unbemerkt schwappte das tödliche Gas durch die Dörfer und erstickte nahezu jedes Lebewesen im Umkreis von 30 Kilometern. 1746 Menschen und über zweitausend Tiere starben in dieser Nacht. Der Schock der Katastrophe hat gezeigt, dass die Gefahr, die in der Tiefe von Kraterseen lauert, nicht unterschätzt werden darf. Ein Ausbruch könnte sich an anderer Stelle, unter ähnlichen Bedingungen, wiederholen.

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