Bioklimatologie I Dr. Oleg Panferov Kontakt : E-mail: opanfyo@gwdg.de Tel.: 3912115 www.bioklimatologie.uni-goettingen.de

Literatur: Häckel, H. (1999): Meteorologie, 4. Auflage, UTB für Wissenschaft, Eugen Ulmer Verlag, Stuttgart (Hohenheim), 448 S.. Grädel T.E., Crutzen P.J. (1994): Chemie der Atmosphäre: Spektrum Lehrbuch, Spektrum akademischer Verlag, Heidelberg, 511 S. Häckel H. (1999): Farbatlas Wetterphänomene, Verlag Eugen Ulmer, 336 S. Kraus H. (2000): Die Atmosphäre der Erde - Eine Einführung in die Meteorologie. Vieweg Verlag , Braunschweig, Wiesbaden, 470 S. Monteith, J. L., Unsworth M. (1990): Principles of Einvironmental Physics, Arnold London, 291 S. Roedel W. (1994): Physik unserer Umwelt, Springer Verlag Berlin. Wellburn A.(1994): Luftverschmutzung und Klimaänderung; Auswirkungen auf Flora, Fauna und Mensch. Springer Verlag, Berlin, ..., 289 S.

MANUSKRIPT? www.bioklimatologie.uni-goettingen.gwdg.de Service

Forschungsgegenstand der Bioklimatologie: Wechselwirkungen zwischen biologischen Systemen und der Atmosphäre Umwelt Umwelt Lebewesen

Life The Universe And Everything

Geschichte der Erdatmosphäre

Wie alt ist die Erde ? 4,55 – 4,65 Mrd. J. 1953 Clair Patterson Cal. Inst. Of Tech.

Ende des 19 Jh 3; 18; 600; 794; 2500 Mln. J. 55 Mln. J.

Methode? radioaktiver Zerfall Henri Becquerel, 1896 Ernest Rutherford, 1904 700 000 000 J.

Plutonium e- α γ Halbwertszeit

URAN-Zerfall Uranium-238 ==> (half-life: 4.46 billion years) alpha decay Thorium-234 ==> (half-life: 24.1 days) beta decay Protactinium-234m ==> (half-life: 1.17 minutes) beta decay Uranium-234 ==> (half-life: 245,000 years) alpha decay Thorium-230 ==> (half-life: 75,400 years) alpha decay Radium-226 ==> (half-life: 1,600 years) alpha decay Radon-222 ==> (half-life: 3.82 days) alpha decay Polonium-218 ==> (half-life: 3.11 minutes) alpha decay Lead-214 ==> (half-life: 26.8 minutes) beta decay Bismuth-214 ==> (half-life: 19.9 minutes) beta decay Polonium-214 ==> (half-life: 163 microseconds) alpha decay Lead-210 ==> (half-life: 22.3 years) beta decay Bismuth-210 ==> (half-life: 5.01 days) beta decay Polonium-210 ==> (half-life: 138 days) alpha decay Lead-206 (stable) Das Blei

Tetraäthyl Blei. (C2H5)4Pb Das Blei Thomas Midgley Jr. Tetraäthyl Blei. (C2H5)4Pb in 1921 Ethyl Corporation Pratt 1923 Pratt & Whitney

1953 Clair Patterson Cal. Inst. Of Tech. 4,55 Mrd. J.

1986 verbleite Sprit abgeschafft Clair Patterson 1970 Clean Air Act 1986 verbleite Sprit abgeschafft 1993- letzte Produkt

4.600 mrd Jahre Entstehung der Erde, des Mondes 4.5 mrd Jahre Trennung von Erdkern und –Mantel 4,5-4,0 mrd Jahre Intensives Meteoritenbombardement 4,0-3,9 mrd Jahre Feste Erdkruste, Erdatmosphäre

Ur-uratmosphäre (erste) Helium He Wasserstoff H2

Uratmosphäre (zweite) 80% H2O, 10% CO2, 5-7% S CH4, H2, NH3, N2 Treibhausgase

Aufspaltung von CH4, NH3, und H2O in die Elemente O2, H2, N2, und C. Abkühlung, Kondensation -> Urozean Im Urozean der Erde entstanden vor etwa 3,85 Milliarden Jahren die ersten Proteine, Organismen, Bakterien

Kollagen = 1055 Aminosaüren Protein = 200 Aminosaüren iss ja ziemlich unwahrscheinlich ! Kollagen = 1055 Aminosaüren Protein = 200 Aminosaüren Wahrscheinlichkeit : 1: 10260 Hämoglobin = 146 Aminosaüren Wahrscheinlichkeit : 1: 10190

Panspermia September 1969 Murchison, Australia 4.5 mrd. J. alt 74 Aminosäuren und polyols

Durch den Niederschlag entstanden nach und nach die Ozeane Die Ozeane wiederum lösten Kohlendioxid, es entstanden Karbonate (CaCO3), die sich am Boden der Ozeane ablagerten. So filterten die Ozeane allmählich das Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

Veränderung des Kohlendioxid- und des Sauerstoffgehalts der Atmosphäre seit 4,5 bzw. 3,5 Milliarden Jahren Im Urozean der Erde entstanden vor etwa 3,5 Milliarden Jahren oder früher die ersten Organismen, Bakterien und einfachste Einzeller. Diese Organismen entwickelten die Photosynthese und banden auf diese Weise weiteres Kohlendioxid, wodurch der CO2-Gehalt der Atmosphäre weiter gesenkt wurde. Sie produzierten außerdem als "Abfallprodukt" Sauerstoff, der zunächst mit Eisen und Schwefel im Meer reagierte, später aber in die Atmosphäre entwich und dort die Grundlage für die Entwicklung komplexerer, vielzelliger Lebensformen bildete. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre blieb allerdings über die lange Zeit des gesamten Archaikums (4-2,5 Milliarden Jahre v.h.) sehr gering und betrug deutlich weniger als 1% des heutigen Anteils. Die abnehmende Oxidation im Meer und die zunehmende Photosynthese, bald auch von höher entwickelten Pflanzen wie Bäumen, ließ danach den Sauerstoffgehalt aber zunehmend ansteigen. Vor 2,3 Milliarden Jahren gab es einen deutlichen Sprung von 10-13 auf 10-5 bar. Bis zum Beginn des Kambriums (540-500 Millionen Jahre v.h.) kletterte der Wert weiter und schwankt seitdem bis heute zwischen 20 und 30 %. Durch die Senkung des CO2- und den Anstieg des O2-Gehalts war eine Atmosphäre entstanden, die eine Voraussetzung für die Entwicklung höherer Lebensformen war. Es entstanden riesige Wälder, in denen Dinosaurier lebten, und schließlich der Mensch

Blaualgen = Cyanobakterien Photosynthese Sauerstoff O2

Giftig für alle anaerobe Bakterien Sauerstoff Giftig für alle anaerobe Bakterien Stromatoliten

Geschichte der Erdatmosphäre t (Ma) O2 O3 -4000 10-4 10-4 -3500 10-3 10-3 -2000 10-2 10-1 - 700 10-1 0,7 - 350 1 1 O2 und O3 Konzentrationen relativ zu heute Alter in Jahrmillionen Nach Graedel Crutzen 1994

EISEN

Veränderung des Kohlendioxid- und des Sauerstoffgehalts der Atmosphäre seit 4,5 bzw. 3,5 Milliarden Jahren

Mitochondrium

Geschichte der Erdatmosphäre t (Ma) O2 O3 -4000 10-4 10-4 -3500 10-3 10-3 -2000 10-2 10-1 - 700 10-1 0,7 - 350 1 1 O2 und O3 Konzentrationen relativ zu heute Alter in Jahrmillionen Nach Graedel Crutzen 1994

3. 6 mrd Jahre Erste Mikroorganismen, Bakterien, Grün- und Blaualgen 3 3.6 mrd Jahre Erste Mikroorganismen, Bakterien, Grün- und Blaualgen 3. mrd Jahre Erste Stromatoliten 2,8-2,6 mrd Jahre Hauptbildungsphase der Kontinentalkruste 2.400 mio Jahre Erste Mikrofossilien 1.400 mio Jahre Erste Vielzeller 700 mio Jahre Erste Meerespflanzen und wirbellose Tiere, mit einer zunehmend schneller ablaufenden Artenentfaltung in den Meeren 400 mio Jahre Beginn der Entwicklung des pflanzlichen Lebens auf dem Festland 60 mio Jahre Die Saurier verschwinden von der Erde und die Säugetiere entfalten sich. Bildung der Alpen vor 3.9 mio Jahre Erscheinen der ersten Menschen, Bildung der heutigen Küstenlinien in ca.500 mio Jahren.. schließt sich das Fenster für Leben auf der Erde, denn die Sonne wird zu heiß geworden sein, und alles Leben vernichten.

2.5 - 2.6 Mrd. J. Huronische Eiszeit oder Archaisches Eiszeit 950 Mio J. Algonkisches Eiszeitalter" oder "Griesjö-Vereisung" 750 und 620 Mio J. "Sturtische Vereisung" und "Varanger-Vereisung", zusammen als "Eokambrisches Eiszeitalter".

Geschichte der Erdatmosphäre t (Ma) O2 O3 -4000 10-4 10-4 -3500 10-3 10-3 -2000 10-2 10-1 - 700 10-1 0,7 - 350 1 1 O2 und O3 Konzentrationen relativ zu heute Alter in Jahrmillionen Nach Graedel Crutzen 1994