Wissenschaft + Forschung

Göttinger Forschende haben einen Weg gefunden, CO2-Konzentrationen von vor Millionen Jahren zu rekonstruieren – anhand von Sternschnuppen. Damit können sie weiter in die Vergangenheit schauen als jemals zuvor.Rund 50 Tonnen <link href="#nadc20254154099-fig-0001">Meteoriten fallen jeden Tag auf die Erde, die meisten davon winzig klein, nicht mehr als kosmischer Staub. Wer Glück hat, erspäht manche als Sternschnuppen am klaren Nachthimmel und hofft, dass der eigene Wunsch in Erfüllung geht. Mikrometeoriten erfüllen auch die Wünsche mancher Geochemiker: Sie geben Aufschluss über die Geschichte unserer Erde.<figure xml:id="nadc20254154099-fig-0001"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmhcywcuf6k4507umz34v9tpc"><figcaption><label>Abb.1: </label>240 Millionen Jahre alter Mikrometeorit, aufgenommen mit Elektronenmikroskop. Foto: Fabian Zahnow</figcaption></figure></figure>Fabian Zahnow beschäftigte sich in den vergangenen Jahren mit Mikrometeoriten. Sein Ziel ist, diese als Zeitkapseln zu nutzen – denn sie enthalten Spuren der Uratmosphäre. Besonders der Verlauf der CO2-Konzentration über die vergangenen Jahrmillionen interessiert ihn. Doch um diese zu rekonstruieren, bedarf es einiger analytischer Tricks.<h2 type="main">Ein Kofferraum voll Gestein unterm Mikroskop</h2>Zahnow untersuchte einen besonderen Typ von Mikrometeoriten, die bei ihrem Eintritt in die Atmosphäre aus beinahe reinem Eisen bestehen. Durch die Reibung mit der Luft erhitzen sie sich, schmelzen auf und oxidieren. Dabei nehmen sie Sauerstoff aus der Erdatmosphäre auf (<link href="#nadc20254154099-fig-0002">Abbildung 1).<figure xml:id="nadc20254154099-fig-0002"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmhcywe8e6k4t07umeqass0e1"><figcaption><label>Abb.2: </label>Beim Eintritt in die Erdatmosphäre nimmt ein Meteorit irdischen Sauerstoff auf und bewahrt diesen für Jahrmillionen. Zugleich verdampfen Teile des Meteoriten, was die Isotopensignatur verzerrt.</figcaption></figure></figure>Sauerstoff kommt in den Isotopen 16O, 17O und 18O vor, deren Mengenverhältnisse im Luftsauerstoff über geologische Zeiträume leicht variieren. Die Meteoriten bilden ein natürliches Archiv, denn sie speichern über Jahrmillionen die Isotopensignatur des Luftsauerstoffs zum Zeitpunkt ihres Eintritts in die Erdatmosphäre.Allerdings gibt es ein Problem: Durch die Hitze verdampfen die Eisenoxide während des Eintritts – aber nicht zu gleichen Teilen. Leichte Isotope verdampfen stärker als schwere – das verzerrt die Isotopensignatur. Doch glücklicherweise kommt auch Eisen in mehreren Isotopen vor. Durch die Betrachtung der Verhältnisse der Eisenisotope lässt sich der Fehler, der durch das Verdampfen entstanden ist, quantifizieren und auf den Sauerstoff zurückprojizieren.Das Alter der Meteoriten lässt sich leicht mit Stratigraphie feststellen: Je tiefer in den Gesteinsschichten ein Meteorit gefunden wird, desto älter ist er.Um Meteoriten aus verschiedenen Zeiträumen aufzutreiben, war Zahnow in ganz Deutschland unterwegs, fuhr etwa in einer Salzgrube bei Braunschweig hunderte Meter unter der Erde. „Wir haben an jedem Ort den ganzen Kofferraum mit Gestein voll gepackt“, erzählt er.Das Probenmaterial wurde gemahlen und die magnetische Fraktion abgetrennt. Dann begann die Kleinarbeit: Unter dem Mikroskop suchte Zahnow nach Eisenoxidkugeln. Diese haben weniger als zwei Millimeter Durchmesser. „Leider mussten wir sehr viele Meteoriten ausschließen, weil sie über die Millionen Jahre, die sie in der Erde lagen, mit irdischem Wasser wechselgewirkt haben“, sagt er. Zu erkennen sei dies zum Beispiel an Mangankontaminationen.Am Ende blieben nur drei historische Meteoriten übrig, die kein Mangan enthielten (<link href="#nadc20254154099-fig-0003">Abbildung 2). Einer ist 8,5 Millionen Jahre alt, stammt also aus dem Miozän – der Zeit, als sich Gräser auf der ganzen Erde ausbreiteten und schon die Vorfahren heutiger Wölfe umherstreiften. Zwei weitere sind rund 87 Millionen Jahre alt, stammen also aus der Kreidezeit. Damals lebten noch Dinosaurier auf der Erde; erst 66 Millionen Jahre vor unserer Gegenwart wurden diese ausgelöscht – von einem Meteoriten, der erheblich größer war als Zahnows Untersuchungsobjekte.<figure xml:id="nadc20254154099-fig-0003"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmhcywflq6k5l07umcg0lch08"><figcaption><label>Abb.3: </label>Anhand der Gesteinsschicht am Fundort bestimmen Forschende, wann Meteoriten in die Erdatmosphäre eingedrungen sind. Die ältesten Proben der Studie stammen noch aus der Zeit der Dinosaurier.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Eine nützliche Isotopenanomalie</h2>Bei den Meteoriten, die den Selektionsprozess überstanden hatten, bestimmte Zahnow das 16O-zu-17O-Verhältnis. Daraus lässt sich auf die CO2-Konzentration in der Atmosphäre schließen, die der Meteorit durchflogen hat. Grund dafür ist eine Isotopenanomalie, die auch heute bei Luftsauerstoff auftritt: In der Stratosphäre spalten photochemische Prozesse Sauerstoffmoleküle, sodass diese zu Ozon rekombinieren. Dieses zerfällt wieder zu O2 oder tauscht mit Kohlendioxid Sauerstoffatome aus. Dabei wird bevorzugt das schwerere Isotop 17O in CO2 eingebaut, weshalb Luftsauerstoff umso weniger 17O enthält, je mehr CO2 vorhanden ist.Gleichzeitig steigt der 17O-Anteil wegen des stetigen Austauschs des Luftsauerstoffs durch Atmung und Photosynthese, das Isotopenverhältnis nähert sich dadurch dem natürlichen Verhältnis wieder an (<link href="#nadc20254154099-fig-0004">Abbildung 3). Es ergibt sich also eine mathematische Dreiecksbeziehung zwischen der CO2-Konzentration, dem Isotopenverhältnis im atmosphärischen Sauerstoff und der globalen Primärproduktion (GPP), einem Maß für die Menge der auf der Erde stattfindenden Photosynthese. Sind zwei Größen bekannt, kann auf die dritte geschlossen werden. Diesen Zusammenhang nutzte Zahnow. Basierend auf einer bestehenden GPP-Rekonstruktion und seinen Messwerten errechnete er die CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre vor 8,5 und 87 Millionen Jahren.<figure xml:id="nadc20254154099-fig-0004"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmhcywi0s6k6y07umrsz2nnfp"><figcaption><label>Abb.4: </label>Wie viel 17O der Luftsauerstoff enthält, hängt von CO2-Konzentration und Photosynthese ab. Photochemische Prozesse in der Atmosphäre reichern das Isotop ab, Photosynthese wieder an.</figcaption></figure></figure><h2 type="main">Tiefer in die Vergangenheit schauen</h2>Seine Ergebnisse liegen im Bereich dessen, was andere Rekonstruktionen ergaben – etwa auf der Basis von 13C-Untersuchungen an biologischen Proxies (Infokasten) oder auf der Grundlage von Computersimulationen. Ziel sei zunächst gewesen, die Methode anhand von Zeiträumen zu validieren, für die es bereits Rekonstruktionen für die CO2-Konzentration gibt. Nun könne man den Blick noch weiter in die Vergangenheit richten. Darin sieht Zahnow den größten Vorteil seines Ansatzes: „Anders als bei den bisher etablierten Methoden sind wir nicht auf biologische Proxies angewiesen und können deshalb weiter zurückschauen als etwa 450 Millionen Jahre. Es gibt Mikrometeoriten, die über 2 Milliarden Jahre alt sind.“Für das Miozän ermittelte er eine CO2-Konzentration von rund 300 ppm, für die obere Kreide von rund 230 ppm im Schnitt beider Proben. Die CO2-Konzentration unterschied sich damals also kaum vom vorindustriellen Level: Bis etwa zum Jahr 1850 lag sie bei rund 280 ppm, inzwischen hat sie 420 ppm erreicht und steigt um etwa 2,5 ppm pro Jahr.Die Fehlerbereiche der neuen Methode sind noch recht groß (<link href="#nadc20254154099-fig-0005">Abbildung 4). Zahnow sagt, das liege an der geringen Probenmenge: „Ich musste eine Methode entwickeln, um Proben zu untersuchen, die um den Faktor 1000 kleiner sind als das, was normalerweise gemessen wird.“ Die Fehlerbereiche bei den bisher bestehenden Proxies seien aber ähnlich groß, und in der Zukunft könne man mit mehr Proben noch ein genaueres Bild erhalten, betont er.<figure xml:id="nadc20254154099-fig-0005"><figure><img alt="image" src="https://eu-central-1.graphassets.com/Aype6X9u2QGewIgZKbFflz/cmhcywji06k8l07umxczcb7qs"><figcaption><label>Abb.5: </label>Die drei Meteoriten lieferten CO2-Konzentrationen, die mit bestehenden Modellen übereinstimmen. Die großen Fehlerbereiche liegen an geringer Probenmenge. Bestehende Proxies sind etwa Fossilien oder Paläoböden, mit denen sich Aussagen zur CO2-Konzentration treffen lassen.</figcaption></figure></figure>Er hofft, dass solche Proben bald mehr über die Geschichte der Atmosphäre preisgeben. Viele Disziplinen könnten davon profitieren, etwa die Paläontologie oder die Klimaforschung. „Wir erleben aktuell einen nie dagewesenen, sprunghaften Anstieg von CO2 in der Atmosphäre“, sagt er. Deshalb lohne sich der Blick zurück heute ganz besonders. „Wenn wir die Zukunft unserer Erde verstehen wollen, müssen wir uns ihre Vergangenheit anschauen.“<h2 type="main">Methoden: CO2 in der Urzeit messen</h2>Es gibt mehrere etablierte Methoden, um historische CO2-Konzentrationen der Atmosphäre zu bestimmen. Am genauesten ist die Messung an Eisbohrkernen. Doch selbst wenn man 3000 Meter tief auf den felsigen Grund Grönlands oder der Antarktis durchs ewige Eis bohrt, lassen sich damit nur Rückschlüsse über die vergangenen rund 100 000 beziehungsweise knapp eine Million Jahre ziehen – auf der geologischen Zeitskala ein Wimpernschlag.Weiter zurück geht es mit biologischen Proxies: Aus fossilem Phytoplankton, Paleoböden und selbst aus der Spaltöffnung von Pflanzenfossilien lassen sich Rückschlüsse auf die CO2-Konzentration ziehen. Doch bei etwa 450 Millionen Jahren ist auch damit Schluss. Bei längeren Zeiträumen werden die Unsicherheitsbereiche auch bei Computersimulationen wie dem GEOCARBSULF-Modell groß.<h2 type="main">Der Autor</h2>Der Chemiker und Historiker Jan Krüßmann arbeitet als freier Wissenschaftsjournalist.<ul class="references" cited="no" style="numbered" xml:id="nadc20254154099-bibl-0001"><li xml:id="nadc20254154099-bib-0001">1 Commun. Earth Environ. 2025, doi: <accessionid ref="info:doi/10.1038/s43247-025-02541-5">10.1038/s43247-025-02541-5</accessionid></li></ul>

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Meteoriten, Zeitkapseln der Atmosphäre

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Interskriptum

Ich will wirklich nicht sagen, ich hätte es gleich gesagt. Aber ich muss es tun. Denn: Ich habe es ja gleich gesagt.Mit dem Nobelpreis gewürdigt wurden dieses Jahr Forscher, die das Thema metallorganische Gerüstverbindungen etabliert haben. Und … (siehe oben).Nun gut, die Kleingeister in meiner Redaktion behaupten, meine glorreiche Voraussage würde relativiert durch die Tatsache, dass ich seit 15 Jahren jedes Mal auf Omar Yaghi und Susumu Kitagawa getippt habe – aber das ist der pure Neid. Denn … (siehe oben). Gut, Richard Robson hatte ich nicht auf dem Zettel, aber hey, zwei von drei ist doch wirklich nicht schlecht.Allerdings habe ich nun ein Problem. Auf wen soll ich im nächsten Jahr tippen? Ich lege mich fest: Green Chemistry mit Paul Anastas und John Warner. Die beiden sind Anfang 60, wenn ich (und die beiden) Glück haben, kann ich irgendwann in den nächsten 20 Jahren schreiben: Ich habe es ja gleich gesagt. Mein einzige Sorge ist, dass die beiden tatsächlich schon nächstes Jahr gewinnen.Der Nobelpreis macht jedes Jahr demütig (es sei denn, man hat es …). Für uns Eingeweihte ist die Chemie einer der Hauptanker beim Suchen nach Antworten auf die Frage nach dem Leben, dem Universum und dem ganzen Rest (zumindest, wenn man sich nicht mit der Douglas-Adamsschen 42 zufrieden gibt). Doch 123 Sekunden in der 20-Uhr-Tagesschau – so erkennt man – sind der höchste Ruhm, den ein Chemiker in der Öffentlichkeit erreichen kann.Bei uns in den Nachrichten ist das anders. Weil uns die Nobelpreise so wichtig sind, brechen wir für das 11er-Heft jedes Jahrgangs sogar mit einer ehernen Regel. Bei jeder Heftproduktion gibt es nämlich eine heilige Deadline, Imprimatur I genannt. Zu dieser müssen alle Texte vorliegen und von den Schreibenden freigegeben sein. Beim aktuellen Heft lag dieses sakrosankte Datum auf dem 7. Oktober. Weil die Redaktion meinen Vorhersagen nicht traute (gebt es zu, Kolleginnen und Kollegen, wer hat es gleich gesagt?), mussten wir die offizielle Nobelpreis-Verkündung am 8. Oktober abwarten. Und dann hieß es: a) einen Autor suchen, b) den Text mit diesem finalisieren und c) die vier Seiten, die wir einfach auf gut Glück frei gehalten haben, einen Tag vor Drucklegung schließlich layouten. Stressig, aber auch dieses Jahr haben wir es wieder (dank unseres Autors Stefan Kaskel und meines Kollegen Luca Blicker) in letzter Minute geschafft [diese Nachrichten, S. 8].Habe ich übrigens auch gleich gesagt.Im Interskriptum schreibt Nachrichten-Chefredakteur Christian Remenyi über Chemisches und Komisches – und was sich sonst noch so im Zettelkasten der Redaktion findet. <a href="mailto:nachrichten@gdch.de">nachrichten@gdch.de</a>

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Meteoriten, Zeitkapseln der Atmosphäre

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