Bioplanet Erde

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Der Planet Erde ist ein Bioplanet. Er beherbergt Leben und er wird vom Leben mit gestaltet. Die Erde brachte Eigenschaften hervor, die sich ohne Leben nicht entwickelt hätten. Nach heutigem Kenntnisstand ist die Erde der einzige Himmelskörper, auf dem Leben existiert. Sie ist der einzige bekannte Bioplanet.

Die Biosphäre reicht hinauf bis in den unteren Rand der Mesosphäre.

Begriff[Bearbeiten]

Photohydroautotrophe Pflanzen gedeihen in der Biosphäre nur an Aufenthaltsorten mit ausreichend Licht, Wasser und Baustoffen.

Der Begriff Bioplanet wurde 1987 vom Oldenburger Biologen Ulrich Kattmann geprägt, der ihn in einem Vortrag benutzte. Vier Jahre später verwendete er den Begriff erneut in einem Zeitschriftenbeitrag zur Biologiedidaktik.[1] Kattmann konnte 2004 sogar eine ganze Zeitschriftenausgabe rein zu diesem Thema mit gestalten und herausgeben.[2] Auf diese Weise wurde der Bioplanet-Begriff in der deutschsprachigen Schulbiologie etabliert:"Nach üblicher Anschauung konnte das Leben auf der Erde entstehen und sich entfalten, weil in unserem Planetensystem nur die Erde die Bedingungen dazu in richtiger Dosierung bereit stellte. Für die Unterschiede zwischen den Planeten wurden hauptsäöchlich deren Größe, Sonnenabstand und das Vorkommen von flüssigem Wasser verantwortlich gemacht. ... Die astronomischen und geologischen Bedingungen erklären jedoch nur die Randbedingungen, unter denen Leben auf der Erde entstehen und sich auf ihr entfalten konnte. Für die heutigen Bedingungen und die heutige Beschaffenheit der Planeten hat das Leben selbst gesorgt: Daher ist die Erde ein «Bioplanet». Erdgeschichte ist Lebensgeschichte und umgekehrt ist Lebensgeschichte zugleich Erdgeschichte." [3]

Inhaltlich steht Bioplanet drei anderen geowissenschaftlichen Konzepten sehr nahe, den Konzepten von Ökosphäre (ab 1926[4] / 1958[5]), Gaia (ab 1968[6][7][8]) und Erdsystem (ab 1983[9]).

Der Ökosphäre-Begriff bezeichnet jene dünne Hülle der Erde, in der sämtliche irdischen Organismen vorkommen und in der sie untereinander und mit ihrer unbelebten Umwelt wechselwirken. Im Vergleich mit diesem Ökosphäre-Begriff billigt der Bioplanet-Begriff den Lebensformen eine ausgreifendere Wirkmächtigkeit zu. Denn der Bioplanet-Begriff fordert, dass weitere Anteile der Erde – fern jeden Lebens – zumindest indirekt von den Lebewesen mit geformt werden.

Der Gaia-Begriff besitzt zwei Ausformungen, weak Gaia und strong Gaia. In seinen schwächeren Formulierungen gleicht der Schwache-Gaia-Begriff sehr dem Bioplanet-Begriff. Allerdings gibt es auch noch den Starke-Gaia-Begriff, der nicht scharf vom Schwache-Gaia-Begriff geschieden wird.[10] Gerade der Starke-Gaia-Begriff wurde wiederholt kritisiert.[11][12][13][14][15] Die Kritik führte dazu, dass dem Gaia-Konzept insgesamt eine gewisse Distanz entgegen gebracht wird. Hier bietet der Bioplanet-Begriff eine Alternative: Einerseits orientiert er sich inhaltlich ausschließlich an den schwächeren Formen der kaum kritisierten weak Gaia. Andererseits kappt er durch den Verzicht auf den Namen Gaia die Verbindung zur umfangreich kritisierten strong Gaia.

Der Erdsystem-Begriff meidet ebenfalls eine Namensnähe zum Gaia-Begriff. Inhaltlich gleicht er einer weak Gaia – genauso wie der Bioplanet-Begriff. Der Unterschied zwischen Erdsystem und Bioplanet beruht vor allem in der Einschätzung der Rolle des Lebens für den gesamten Planeten. Nach dem Erdsystem-Begriff wird die globale Biozönose gleichberechtigt neben Atmosphäre, Lithosphäre und Hydrosphäre gestellt. Im Gegensatz dazu wird im Bioplanet-Begriff der globalen Biozönose die zentrale Rolle zugebilligt: Auf dem Bioplaneten steht das Leben nicht bloß gleichberechtigt neben den unbelebten Sphären der Erde. Stattdessen werden (Anteile von) Luft, Gestein und Wasser vom Leben beeinflusst und geformt.

Sphären des Bioplaneten[Bearbeiten]

Die Sphären des Bioplaneten zeigen einzigartige Eigenschaften. Nach dem Bioplanet-Konzept hängen sie direkt oder indirekt mit dem Vorhandensein von Leben zusammen. Das Leben gestaltet die Umweltbedingungen der Erde aktiv mit:[16]

  • Atmosphäre: Die Erdatmosphäre ist sauerstoffreich. Sie wirkt oxidierend.[17]
  • Hydrosphäre: Die Erde besitzt gewaltige Mengen Flüssigwasser an der Erdoberfläche.[18]
  • Lithosphäre: Von allen bekannten Himmelskörpern zeigt nur die Erde eine umfangreiche, bis heute andauernde Plattentektonik.[19] In ihren Gesteinen kommt eine mineralische Vielfalt vor, die nur durch die Wechselwirkungen mit Lebewesen erklärt werden kann.[20]
  • Pedosphäre: Böden werden nur auf belebten Planeten gebildet.[21]
  • Ökosphäre: Außer auf der Erde wurden bisher auf keinem anderen Himmelskörper Lebewesen gefunden. Die Lebewesen wechselwirken untereinander und mit ihrer Umwelt. Sie gestalten eine Ökosphäre.[4][5]

Atmosphäre des Bioplaneten[Bearbeiten]

Die Lufthülle wandelte sich erst zu einer oxidierenden Atmosphäre, als sie mit Sauerstoff angereichert wurde. Der Sauerstoff war und ist ein Stoffwechselprodukt photosynthetisierender Organismen.[22]

Hydrosphäre des Bioplaneten[Bearbeiten]

Die Hydrosphäre erhielt ihr Wasser ursprünglich aus Planetoiden. Sie schlugen vor allem während des Late Heavy Bombardment ein.[23][24] Auf terrestrischen und sonnennahen Planeten hat Wasser (H2O) allerdings die Tendenz, verloren zu gehen. Einerseits reagiert es mit Eisen(II) und Schwefelwasserstoff an der Planetenoberfläche. Der Sauerstoff aus den Wassermolekülen geht in die Reaktionen ein und es bilden sich Eisenoxide und Sulfate.[22] Von den ehemaligen Wassermolekülen bleibt bloß der Wasserstoff zurück.[25] Weiterhin kann Wasser aufgespalten werden, wenn es sich als Wasserdampf in der Atmosphäre befindet und von UV-Strahlung getroffen wird. Auch hier wird Wasserstoff frei. Wasserstoff ist ein sehr leichtes Gas. Deshalb hat es die Tendenz, in den Weltraum zu entweichen.[26] Wenn Wasserstoff fehlt, können mit Sauerstoff-Atomen keine Wassermoleküle mehr gebildet werden. Auf diese Weise hätte die Hydrosphäre eigentlich schon vor Ende des Archaikum, vor 2500 Millionen Jahren, verschwinden müssen.[27] Dass sie es nicht tat, könnte an den Lebewesen gelegen haben. Deren erste fossile Spuren sind vielleicht 3850 Millionen,[28] sicherlich aber 3500 Millionen Jahre alt.[29] Die Anfänge des Lebens reichen also lange vor den drohenden Totalverlust des Wassers zurück. Deshalb könnte sie tatsächlich eine wichtige Rolle beim Erhalt der Hydrosphäre gespielt haben.[30]

Auch heute greift die globale Biozönose in den weltweiten Wasserhaushalt ein. So stammt der atmosphärische Wasserdampf zum Teil aus Transpirationen, bei denen Wasser aus Organismen (vor allem aus den Spaltöffnungen der Pflanzen) verdunstet.[31][32] In der Atmosphäre kondensiert der Wasserdampf zu Wassertröpfchen. Um zu Tröpfchen zu kondensieren, benötigt Wasserdampf Kondensationskerne. Als Kondensationskerne dienen aber zum Beispiel Mikroorganismen,[33] Sporen und Pollen.[34] Wasserdampf kondensiert zudem an Sulfat-Aerosolen. Natürlich vorkommende Sulfat-Aerosole sind oxidierte Formen des Dimethylsulfats. Es wird von marinem Phytoplankton an die Atmosphäre gegeben.[35] Die gleichen Aerosole finden sich zusammen mit Aerosolen aus oxidierten Kohlenwasserstoffen über tropischen Regenwäldern. Die nicht-oxidierten Ausgangsstoffe der beiden Aerosol-Arten werden von der Waldvegetation ausgestoßen.[36] Die Wassertröpfchen wachsen und gehen schließlich als Niederschläge nieder. Zurück an der Erdoberfläche ist das Wasser zentral beteiligt an vielen Prozessen der Verwitterung und Abtragung[37] und gleichso an vielen Formen der Ablagerung (Sedimentation):[38] Über die Bereitstellung von Wasser wirkt das Leben indirekt mit am ständigen Umbau der Erdoberfläche.[39]

Die globale Biozönose leistet auch einen Beitrag zur Umwälzung der Wasser der Weltmeere. Die Meeresorganismen vollführen insgesamt Schwimmbewegungen mit einer Leistung von geschätzten 0,63 Terawatt.[40] Insbesondere die Bewegung großer Quallenschwärme scheint nennenswert zur Durchmischung beizutragen.[41]

Lithosphäre des Bioplaneten[Bearbeiten]

Der Umfang der Plattentektonik könnte ebenfalls durch das Leben beeinflusst werden. Biogene Ablagerungen könnten die Eigenschaften der Erdkruste verändert haben, so dass Subduktionsprozesse erleichtert werden.[42] Durch die Bereitstellung von Wasser beeinflusst das Leben die Abtragung, welche ihrerseits tektonische Hebungen forciert.[39][43][44] Wasser könnte sogar die Plattentektonik erst ermöglicht haben, indem es eine nachgiebige Asthenosphäre entstehen ließ.[45] Sein Vorhandensein scheint zumindest bis in den unteren Erdmantel belegt.[46]

Weiterhin wird davon ausgegangen, dass das Leben direkt oder indirekt für den Großteil der irdischen Minerale verantwortlich zeichnet. Es wird geschätzt, dass die globale Biozönose das Repertoir der Erde von 1.500 auf über 4.500 Minerale steigerte.[20][47][48]

Pedosphäre des Bioplaneten[Bearbeiten]

Die Böden der Pedosphäre entstehen erst durch die Mitwirkung von Lebewesen, indem das unterliegende Gestein durch biogene Verwitterung zersetzt[49] und niedergehender Bestandsabfall zu Humus aufgearbeitet wird.[50] Da das Leben aber auch an der Regeneration des atmosphärischen Wasserdampfs und an der Bildung von Niederschlägen beteiligt ist, kann es über die Bereitstellung des Wassers indirekt ebenfalls an physikalischen und chemischen Verwitterungsprozessen beteiligt sein.[51]

Siehe auch[Bearbeiten]

Literatur[Bearbeiten]

  • Cole LC: The ecosphere. In: Scientific American 4 (1958): 83-92
  • Earth System Science Committee: Earth System Science: A Program For Global Change. Washington DC, 1986
  • Kattmann U: Bioplanet Erde. In: Unterricht Biologie 299 (2004): 4-13
  • Lovelock JE: Gaia: A New Look at Life on Earth. Oxford, 2000 ISBN 0-19-286218-9
  • Vernadsky V: The Biosphere. Berlin·Heidelberg·New York, 1998 ISBN 0-387-98268-x

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. Hochspringen ↑ Kattmann U: Bioplanet Erde. In: Unterricht Biologie 162 (1991): 51-53
  2. Hochspringen ↑ Kattmann U (Hrsg.): Bioplanet Erde. In: Unterricht Biologie 299 (2004)
  3. Hochspringen ↑ Kattmann U: Bioplanet Erde: Erdgeschichte ist Lebensgeschichte. In: Unterricht Biologie 299 (2004): 5
  4. ↑ Hochspringen nach: 4,0 4,1 Вернадский ВИ: биосфера [Biosfera]. Leningrad, 1926
  5. ↑ Hochspringen nach: 5,0 5,1 Cole LC: The ecosphere. In: Scientific American 4 (1958): 83-92
  6. Hochspringen ↑ Lovelock JE, Giffin CE: Planetary atmospheres: compositional and other changes associated with the presence of life. In: Advances in the Astronautical Sciences 25 (1969): 179-193
  7. Hochspringen ↑ Lovelock JE: Gaia as seen through the atmosphere. In: Atmospheric Environment 6 (1972): 579-580 doi:10.1016/0004-6981(72)90076-5
  8. Hochspringen ↑ Lovelock JR: Gaia: A New Look at Life on Earth. Oxford, 1979
  9. Hochspringen ↑ Earth System Science Committee: Earth System Science: A Program For Global Change. Washington DC, 1986
  10. Hochspringen ↑ Kirchner JW: The Gaia Hypothesis: Are They Testable? Are They Useful?. In: Schneider SH, Boston PJ (Hrsg.): Scientists on Gaia. Cambridge, 1991: 38-46
  11. Hochspringen ↑ Doolittle WF: Is nature really motherly? In: CoEvolution Quarterly 29 (1981): 58-63
  12. Hochspringen ↑ Ehrlich PR: Coevolution and Its Applicability to the Gaia Hypothesis. In: Schneider SH, Boston PJ (Hrsg.): Scientists on Gaia. Cambridge, 1991: 19-22 ISBN 978-0-262-69160-4
  13. Hochspringen ↑ Gould SG: Kropotkin was no crackpot. In: Natural History 106 (1997): 21 Text
  14. Hochspringen ↑ Hugget RJ: Ecosphere, biosphere or Gaia? What to call the global ecosystem. In: Global Ecology and Biogeography 8 (1999): 428-429 doi:10.1046/j.1365-2699.1999.00158.xpdf
  15. Hochspringen ↑ Ward P: Gaias böse Schwester. In: Spektrum der Wissenschaft 11 (2009): 84-88 Artikel
  16. Hochspringen ↑ Lovelock JE: Das Gaia-Prinzip. Zürich·München, 1991: 99 ISBN 3-7608-1050-0
  17. Hochspringen ↑ Falkowski PG, Isozaki Y: The Story of O2 In: Science 322 (2008): 540-542 doi:10.1126/science.1162641
  18. Hochspringen ↑ Franck S, Block A, von Bloh W, Bounama C, Garrido I, Schellnhuber HJ: Planetary habitability: is Earth commonplace in the Milky Way? In: Naturwissenschaften 88 (2001): 416-426 doi:10.1007/s001140100257
  19. Hochspringen ↑ Schubert G, Turcotte DL, Olson P: Mantle Convection in the Earth and Planets. Cambridge, 2001: 633-795 ISBN 0-521-35367-X
  20. ↑ Hochspringen nach: 20,0 20,1 Hazen RM, Papineau D, Bleeker W, Downs RT, Ferry JM, McCoy TJ, Sverjensky DA, Yang H: Mineral evolution. In: American Mineralogist 93 (2008): 1693-1720 pdf
  21. Hochspringen ↑ Gisi U: Bodenökologie. Stuttgart, 1997: 10-12 ISBN 3-13-747202-4
  22. ↑ Hochspringen nach: 22,0 22,1 Sander E, Jelemenská P, Kattmann U: Woher kommt der Sauerstoff? In: Unterricht Biologie 299 (2004): 20-24
  23. Hochspringen ↑ Holland G, Cassidy M, Ballentine CJ: Meteorite Kr in Earth’s Mantle Suggests a Late Accretionary Source for the Atmosphere. In: Science 326 (2009): 1522 - 1525 doi:10.1126/science.1179518
  24. Hochspringen ↑ Trueb LF: Extraterrestrischer Ursprung des Wassers auf der Erde. In: Naturwissenschaftliche Rundschau 1 (2010): 26-27
  25. Hochspringen ↑ Lovelock JE: Das Gaia-Prinzip. Zürich·München, 1991: 124 ISBN 3-7608-1050-0
  26. Hochspringen ↑ Catling DC, Zahnle KJ: Wenn die Atmosphäre ins All entweicht. In: Spektrum der Wissenschaft 01 (2010): 24-31
  27. Hochspringen ↑ Lovelock JE: Das Gaia-Prinzip. Zürich·München, 1991: 124 ISBN 3-7608-1050-0
  28. Hochspringen ↑ Whitehouse MJ, Myers JS, Fedo CM: The Akilia Controversy: field, structural and geochronological evidence questions interpretations of >3.8 Ga life in SW Greenland. In: Journal of the Geological Society 166 (2009): 335 - 348
  29. Hochspringen ↑ De Gregorio BT, Sharp TG, Flynn GJ, Wirick S, Hervig RL: Biogenic origin for Earth's oldest putative microfossils. In: Geology 37 (2009): 631 - 634
  30. Hochspringen ↑ Lovelock JE: Das Gaia-Prinzip. Zürich·München, 1991: 124-125 ISBN 3-7608-1050-0
  31. Hochspringen ↑ Grimmel E: Kreisläufe der Erde. Berlin, 2006: 57-62 ISBN 3825882128
  32. Hochspringen ↑ Paulo Rodolfo Leopoldo PR, Franken WK, Villa Nova NA: Real evapotranspiration and transpiration through a tropical rain forest in central Amazonia as estimated by the water balance method. In: Forest Ecology and Management 73 (1995): 185-195 doi:10.1016/0378-1127(94)03487-H
  33. Hochspringen ↑ Christner BC, Morris CE, Foreman CM, Cai R, Sands DC: Ubiquity of biological ice nucleators in snowfall. In: Science 319 (2008): 1214 doi:10.1126/science.1149757
  34. Hochspringen ↑ McDonald JE: Cloud Nucleation on Insoluble Particles. In: Journal of the Atmospheric Sciences 21 (1964): 109-116 pdf
  35. Hochspringen ↑ Charlson RJ, Lovelock JE, Andreae MO, Warren SG: Oceanic phytoplankton, atmospheric sulphur, cloud albedo and climate. In: Nature 326 (1987): 655-661 doi:10.1038/326655a0
  36. Hochspringen ↑ Roberts GC, Andreae MO: Cloud condensation nuclei in the Amazon Basin: "Marine" conditions over a continent? In: Geophysical Research Letters 28 (2001): 2807-2810 doi:10.1029/2000GL012585 pdf
  37. Hochspringen ↑ Frater H: Landschaftsformen. Heidelberg, 2005: 70 ISBN 3-540-21958-7
  38. Hochspringen ↑ Zepp H: Geomorphologie. Paderborn, 2002: 61 ISBN 3-506-97013-5
  39. ↑ Hochspringen nach: 39,0 39,1 Kattman U: Bioplanet Erde: Erdgeschichte ist Lebensgeschichte. In: Unterricht Biologie 299 (2004): 10
  40. Hochspringen ↑ Dewar WK, Bingham RJ, Iverson RL, Nowacek DP, St. Laurent LC, Wiebe PH: Does the marine biosphere mix the ocean? In: Journal of Marine Research 64 (2006): 541-561 doi:10.1357/002224006778715720
  41. Hochspringen ↑ Katija K, Dabiri JO: A viscosity-enhanced mechanism for biogenic ocean mixing. In: Nature 460 (2009): 624-626 doi:10.1038/nature08207
  42. Hochspringen ↑ Krumbein WE, Schellnhuber HJ: Geophysiology of Carbonates as a Function of Bioplanets. In: Ittekott AV, KempeS, Michaelis W, Spitzy A (Eds.): Facets of Modern Biogeochemistry. Heidelberg, 1990: 5-22 ISBN 0387501452
  43. Hochspringen ↑ Hodges KV: Wie das Klima Berge versetzt In: Spektrum der Wissenschaft 02 (2007): 52-59 Artikel
  44. Hochspringen ↑ Champagnac JD, Schunegger F, Norton K, von Blanckenburg F, Abbühl LM, Schwab M: Erosion-driven uplift of the modern Central Alps. In: Tectonophysics 474 (2009): 236-249 doi:10.1016/j.tecto.2009.02.024
  45. Hochspringen ↑ Mierdel K, Keppler H, Smyth JR, Langenhorst F: Water solubility in aluminous orthopyroxene and the origin of Earth's asthenosphere. In: Science 315 (2007): 364-368 doi:10.1126/science.1135422
  46. Hochspringen ↑ Kelbert A, Schultz A, Egbert G: Global electromagnetic induction constraints on transition-zone water content variations. In: Nature 460 (2009): 1003-1006 doi:10.1038/nature08257
  47. Hochspringen ↑ Vasconcelos C, McKenzie JA: The Descent of Minerals. In: Science 323 (2009): 218-219 doi:10.1126/science.1168807
  48. Hochspringen ↑ Hazen RM, Ferry JM: Mineral Evolution: Mineralogy in the Fourth Dimension. In: Elements 6 (2010): 9-12 doi:10.2113/gselements.6.1.9
  49. Hochspringen ↑ Frater H: Landschaftsformen. Heidelberg, 2005: 73 ISBN 3-540-21958-7
  50. Hochspringen ↑ Gisi U: Bodenökologie. Stuttgart, 1997: 185-190 ISBN 3-13-747202-4
  51. Hochspringen ↑ Frater H: Landschaftsformen. Heidelberg, 2005: 71-72 ISBN 3-540-21958-7


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