Wie Methan die junge Erde wärmte

Marburg - Während des Archaikums vor vier bis zweieinhalb Milliarden Jahren gab es noch kein Leben. Auch von der jungen Sonne gelangte nur 70 bis 83 Prozent der heutigen Energie zur Erde. Dennoch war es so warm, dass die Ozeane nicht zu Eis erstarrten. Ein effizienter Treibhauseffekt – vor allem verursacht durch Methan in der Atmosphäre – wird dafür verantwortlich gemacht. Doch der Ursprung des Methans stellt die Forschenden noch immer vor ein Rätsel. Eine deutsche Gruppen von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern schlägt in der Fachzeitschrift „Nature Communications“ einen neuen Pfad für die Bildung der Klimagase Methan und Ethan vor.

Als eine wichtige Methanquelle auf der noch unbelebten Erde gelten bisher hydrothermale Schlote – etwa wie die Schwarzen Raucher, die noch heute auf dem Meeresgrund zu finden sind. Hohe Drücke und Temperaturen waren für diesen Pfad der Methanerzeugung nötig. Doch fehlen eindeutige Hinweise, ob diese Prozesse tatsächlich für die nötigen Methanmengen und einen starken Treibhauseffekt ausreichten. Leonard Ernst vom Max-Planck-Institut für terrestrische Mikrobiologie in Marburg und seine Kollegen weisen dagegen auf bisher nicht beachtete chemische Reaktionen hin, bei denen unter den auf der jungen Erde herrschenden Bedingungen signifikante Mengen an Methan und Ethan entstanden sein könnten.

Zur Überprüfung ihrer Annahme führten die Forschenden in ihrem Labor mehrere Modellversuche durch. In so genannten Fenton-Reaktionen oxidieren organische Substanzen mit Eisensalzen als Katalysator in Gegenwart von Wasserstoffperoxid. Dadurch entstehen Hydroxyl-Radikale und Eisenoxid-Verbindungen, die wiederum mit methylierten Schwefel- und Stickstoff-Verbindungen reagieren und dabei Methan und Ethan freisetzen. Alle Ausgangsstoffe für diesen Reaktionspfad standen auf der jungen Erde zur Verfügung, um unterstützt durch Licht und Wärme die beiden Treibhausgase in größeren Mengen entstehen zu lassen.

Die Studie zeigt, dass Fenton-Reaktionen tatsächlich einen weiteren Reaktionspfad ermöglichen, um die Methanbildung vor vier Milliarden Jahren zu erklären. Mit dem dadurch verursachten Treibhauseffekt wurde auch die Grundlage für die Entstehung ersten irdischen Lebens im Laufe des Archaikums gelegt. Während dieser so genannten „chemischen Evolution“ entstanden nach und nach Makromoleküle und erste Mikroorganismen, die sich selbst reproduzieren konnten.