Elemente, Schulbuch

134 6 LUFT, WASSER, BODEN – UNSERE UMwElT Weltall. So hat die Atmosphäre laufend Reduktionsmittel in Form von Wasserstoff verloren. Der zurückbleibende Sauerstoff reagierte mit den reduzierenden Atmo- sphärengasen. Aus Methan bildete sich Kohlenstoffdioxid und Wasser. Das Kohlen- stoffdioxid wurde zum Großteil bei der Silicatverwitterung gebunden und liegt heu- te in Form von Kalk vor. Aus Ammoniak bildete sich so ein Teil unseres heutigen Luftstickstoffs. Schwefelwasserstoff wurde zu Schwefeloxiden, die sich heute als Sulfate (zB Gips) finden (Abb. 134.1). Sobald die Reduktionsmittel in der Atmosphäre verbraucht waren und sich der ers- te freie Sauerstoff ansammelte, kam der Prozess der Wasserfotolyse weitgehend zum Erliegen. Sauerstoff absorbiert die für die Wasserfotolyse nötigen kurzwelligen UV-Quanten. Daher konnten diese nicht mehr tiefer in die Atmosphäre eindringen. Der heutige Sauerstoffgehalt von über 20 % ist mit großer Wahrscheinlichkeit durch Fotosynthese entstanden. Zu dieser Zeit existierten schon Lebewesen, die fotosyn- thetisch aktiv waren, die Vorläufer unserer heutigen Pflanzen. Möglicherweise hat fotosynthetisch entstandener Sauerstoff auch schon bei der Oxidation der reduzie- renden Atmosphäre eine wichtige Rolle gespielt. Bei der Fotosynthese wird mit der Energie mehrerer Lichtquanten Wasser gespalten. Der Wasserstoff wird verwendet, um in einer komplizierten Reaktionsfolge Kohlen- stoffdioxid zu reduzieren und damit Körpersubstanz der Pflanze aufzubauen. Der Sauerstoff wird an die Atmosphäre abgegeben (Abb. 134.2). 6 CO 2 + 6 H 2 O C 6 H 12 O 6 + 6 O 2 Der durch Fotosynthese entstandene Sauerstoff wird freilich bei der Verrottung der Pflanzen nach ihrem Absterben wieder vollständig verbraucht (Umkehrung der Re- aktionsgleichung). Damit sich freier Sauerstoff ansammeln kann, muss die Pflan- zensubstanz (Biomasse) also dem Einfluss des Luftsauerstoffs entzogen werden. Dies geschah in großem Umfang bei der Bildung der fossilen Energieträger Erdöl, Erdgas und Kohle. Trotzdem reicht die Menge dieser Substanzen nicht aus, um die vorhandenen Sauerstoffmengen zu erklären. Die gesamten Vorräte an fossilen Ener- gieträgern inklusive Ölsande und Ölschiefer und der gesamten Biomasse entspre- chen nur wenigen Prozenten des vorhandenen Sauerstoffs. Es gibt aber noch einen weiteren Vorrat an fossiler Substanz, der diese Lücke schließt, das Kerogen . Es ist in den Tongesteinen der Erdrinde verteilt. Die Abschät- zung der vorhandenen Mengen ist sehr schwierig, man nimmt aber an, dass es den größten Vorrat an organischer Substanz auf der Erde bildet. Nach neueren Schät- zungen sind 1,5 • 10 16 Tonnen Kohlenstoff im Kerogen gebunden. Dem stehen etwa 10 15 Tonnen freier Sauerstoff in der Atmosphäre gegenüber. Mit dem Kerogen lässt sich also viel mehr Sauerstoff erklären, als in der Luft vorhanden ist. Dieses „Mehr“ ist auch notwendig, da Sauerstoff im Laufe der Erdgeschichte in großen Mengen verbraucht wurde. Die wichtigsten Prozesse sind die Oxidation von reduzierenden Vulkangasen (der Vulkanismus dauert ja bis heute an) und die Oxidation von Fe 2+ zu Fe 3+ in Gesteinen. Jedenfalls enthält die Erdrinde auch heute weit mehr reduzieren- de Substanzen als freien Sauerstoff. CH 4 H 2 S O 2 NH 3 H 2 N 2 SO 2 H 2 O CO 2 CaSO 4 CaCO 3 H 2 Heutige Atmosphäre oxidierend UV Ozonschicht H 2 O O 2 N 2 CO 2 ■ 134.1: Begründ, warum sich in der Uratmosphäre ursprünglich kein Sauerstoff ansammeln konnte! ÜBUNGEN Abb. 134.2: Bildung der Atmosphäre 3 Abb. 134.1: Bildung der Atmosphäre 2 Abb. 134.3: Das Experiment von Stanley Miller Wasserdampf Wasserdampf Kühler CH 4 H 2 NH 3 H 2 O Elektrode Elektrode “Urmeer” “Uratmosphäre” Proben für die Untersuchung auf gebildete organische Stoffe Gase, Wasserdampf Blitze durch Funkenentladung Nur zu Prüfzwecken – Eigentum des Verlags öbv