Neue Theorie zur Entwicklung des Eisenkreislaufs in der ErdgeschichteWie der Sauerstoff in die Atmosphäre kam: von Gesteinen an Land ins Meer

28. Juli 2026, von Franziska Neigenfind

Foto: Florian Scholz

Zeuge des Eisen- und Sauerstoffkreislaufs: Dieser Schwarzschiefer aus dem Oberdevon, einer Periode innerhalb des Paläozoikums, ist ein Sedimentgestein, das die damaligen Umweltverhältnisse dokumentiert.

Mehr Eisen am Meeresboden bedeutet weniger Sauerstoff im Ozean und in der Atmosphäre – so lautete bisher eine gängige Annahme in den Geowissenschaften. Eine neue Studie unter der Leitung von Prof. Florian Scholz vom Earth and Society Research Hub (ESRAH) der Universität Hamburg stellt dieses Bild auf den Kopf: In einer Schlüsselphase der Erdgeschichte stiegen Eisenkonzentration und Sauerstoffgehalt gleichzeitig an. Der Schlüssel liegt nicht im Ozean, sondern an Land – in der Verwitterung von Gesteinen und der Ausbreitung erster Landpflanzen.

Reaktives Eisen in Meeressedimenten – also Eisenverbindungen, die chemisch noch weiterreagieren können – galt lange als Gradmesser für den Sauerstoffgehalt vergangener Ozeane: je weniger Sauerstoff, desto mehr reaktives Eisen. Doch die neuen Daten zeigen ein anderes Bild.

Die Forschenden werteten heutige Sediment- und Bodenproben sowie geochemische Daten aus Flusssedimenten aus und verglichen sie mit Sedimentgesteinsproben aus verschiedenen Erdzeitaltern. Dabei fanden sie ein auffälliges Muster: Über einen sehr langen Zeitraum – von vor etwa 1,2 Milliarden bis vor rund 500 Millionen Jahren – enthielten Meeresablagerungen nur wenig reaktives Eisen. Im anschließenden Paläozoikum, also vor etwa 500 bis 300 Millionen Jahren, stieg der Anteil dann deutlich an. In den letzten rund 65 Millionen Jahren ging er wieder zurück.

„Dieses zeitliche Muster ist nicht mit den bisherigen Annahmen vereinbar. Es lässt sich nicht allein durch Veränderungen der Redox-Bedingungen im Ozean erklären, also durch Schwankungen von Sauerstoff- und Schwefelwasserstoffkonzentrationen im Meerwasser“, sagt der Geologe und Biogeochemiker Prof. Florian Scholz. „Stattdessen deuten die Ergebnisse darauf hin, dass vor allem die intensive Verwitterung von Gesteinen an Land und der tektonisch gesteuerte Transport von Feststoffen in die Ozeane bestimmen, wie viel reaktives Eisen überhaupt in Meeresablagerungen gelangt.“

Wenn eisenhaltige Gesteine an Land verwittern – also durch Wasser, Luft und chemische Reaktionen zersetzt werden –, entstehen Eisenoxidminerale. Flüsse tragen diese Minerale in die Ozeane, wo sie sich am Meeresboden ablagern. Dort können sie zu Pyrit, einem Eisen-Schwefel-Mineral, umgewandelt werden oder sich an organisches Material binden. Beide Prozesse setzen Sauerstoff frei und beeinflussen so über geologische Zeiträume, wie viel Sauerstoff sich in Ozean und Atmosphäre ansammelt.

Illustration einer urzeitlichen Küstenlandschaft, die die Rolle von Gesteinsverwitterung und Eisentransport veranschaulicht (KI-generiert).

Besonders auffällig: Der starke Anstieg der Eisenverbindungen im Paläozoikum fällt zeitlich mit zwei bedeutenden Entwicklungen zusammen – der erstmaligen Ausbreitung von Pflanzen auf den Kontinenten und einem deutlichen Anstieg des atmosphärischen Sauerstoffs. Pflanzen und ein höherer Sauerstoffgehalt beschleunigen die chemische Verwitterung in Böden. Dadurch gelangt mehr Eisen in den Ozean, es bildet sich mehr Pyrit – und die Sauerstoffbilanz der Atmosphäre wird langfristig weiter beeinflusst. Die Studie zeigt damit, dass der Eisenkreislauf der Erde eng mit der Entwicklung des Klimas, der Landoberfläche und des Lebens verknüpft ist.

Publikation
Scholz F, Doetterl S, Hardisty DS (2026): The evolution of the Earth’s surface iron cycle, PNAS, doi: 10.1073/pnas.2608784123

Kontakt
Prof. Dr. Florian Scholz
Universität Hamburg
Earth and Society Research Hub (ESRAH)
Tel.: +49 40 2395-27062
Email: florian.scholz@uni-hamburg.de