Aufbau des Erdsystems, Gaia-Hypothese und Erdgeschichte

Bestandteile des Erdsystems

Das System Erde setzt sich aus vier zentralen Subsystemen zusammen:

• Atmosphäre: Die äußerste Schicht der Erde in gasförmigem Zustand.
• Hydrosphäre: Die diskontinuierliche Wasserschicht, welche die feste Erdoberfläche umgibt. Sie umfasst im Wesentlichen flüssiges Wasser (kontinentale Gewässer und Ozeane) sowie das Eis der Gletscher, wenngleich dieses mengenmäßig einen geringeren Teil darstellt, der jedoch für lebende Organismen und das Gesamtsystem essenziell ist.
• Geosphäre: Die felsige Komponente, die den größten Teil des Volumens des Erdsystems ausmacht. Für uns von besonderer Bedeutung ist vor allem ihr äußerer Bereich, die Lithosphäre.
• Biosphäre: Die Gesamtheit aller Lebewesen, welche die Erde bewohnen. Sie erstreckt sich über den unteren Bereich der Atmosphäre, den oberen Teil der Lithosphäre sowie über die gesamte Hydrosphäre.

Die Gaia-Hypothese

1. Die Biosphäre bildet ein Gesamtsystem, dessen emergente Eigenschaften größer sind als die bloße Summe der Eigenschaften ihrer einzelnen Bestandteile.
2. Die Biosphäre hat die Fähigkeit erlangt, die globale Umwelt aktiv zu beeinflussen und zu kontrollieren, um ihre eigenen Existenzbedürfnisse zu sichern.
3. Die Biosphäre besitzt das Potenzial, die Umweltbedingungen auf der Erde so zu konditionieren, dass biologische Regulationsmechanismen zur Erhaltung des Lebens aufrechterhalten werden.
4. Gaia wird als biologisches, kybernetisches System mit homöostatischer Tendenz beschrieben (es strebt danach, einen stabilen Gleichgewichtszustand aufrechtzuerhalten).

Entstehung und Entwicklung der Erde

Die Erde entstand vor rund 4.600 Millionen Jahren (wie die übrigen Körper des Sonnensystems) durch Akkretion kleiner fester Körper, sogenannter Planetesimale.

Veränderungen der Atmosphäre und des Klimas

Infolge vulkanischer Eruptionen wurden flüchtige Verbindungen aus der Geosphäre freigesetzt. Deren Ansammlung führte zur Bildung der primitiven Uratmosphäre, reich an Gasen wie Stickstoff, Methan, Ammoniak und Wasserdampf.

Eine der bedeutendsten Klimaveränderungen vollzog sich vor etwa 2.000 Millionen Jahren mit dem Auftreten photosynthetischer Lebewesen, was zwei fundamentale Konsequenzen hatte:

• a) Die Umwandlung des ursprünglich reduzierenden Charakters der Atmosphäre in einen oxidierenden Zustand.
• b) Die Bildung der Ozonschicht in der Stratosphäre, die wie ein Schutzschild gegen hochenergetische Strahlung wirkt und dadurch die Entwicklung des Lebens außerhalb des Wassers ermöglichte.

Entstehung der Ozeane

In den ersten Entwicklungsphasen lag das Wasser vorwiegend als Wasserdampf in der Atmosphäre vor. Nach einer Abkühlung des Planeten (etwa 10 bis 20 Millionen Jahre nach seiner Entstehung) kam es zu einer allgemeinen Kondensation und damit zur Bildung der Urozeane. Diese primitiven, reduzierenden Ozeane waren reich an organischen Verbindungen abiotischen Ursprungs und unterlagen ständigen Veränderungen durch multiple Umweltfaktoren.