Der Exoplaneten - Thread

[xanrof]

Auf der Erde hat es Jahrmilliarden gedauert, bevor die Atmosphäre auch nur 10% Sauerstoffanteil hatte, weil der zunächst von biologischen Quellen freigesetzte Sauerstoffe Gesteine oxidiert hat. Die Mikroorganismen haben also im bildlichen Sinne die Erde verrostet. Erst nachdem auf der Oberfläche keine oxidierbaren Stoffe in größerer Menge vorlag, konnte sich der Sauerstoff in der Atmosphäre ansammeln, bevor dann schließlich die Ozonschicht entstanden ist.

Sehr richtig, genau das ist der springende Punkt. Die Banded Iron Formations (BIFs), die ueberall auf der Welt zu finden sind, sind die Zeugen dieses Prozesses. Haematit und Magnetit sind die wesentlichen Phasen, hochoxidierte Fe-Minerale, entstanden in marinem Milieu, in Wechsellagerung mit Quarzit-Lagen. Alterdatierungen ergeben Maximalalter von 3,8 Milliarden Jahren (Ga) (zumindest von dem, was bis heute gefunden wurde).

Die aeltesten bekannten Formen von Leben sind Stromatolithen (versteinerte Bakterien"matten", Nachweis von Photosynthese), die ein Alter von rund 3,5 Ga (Warrawoona, Australien) aufweisen. Erste reine Sedimentgesteine (d.h. fluessiges Wasser war vorhanden, Isua-Group) sind ebenso 3,8 Ga alt.

Interessant ist, dass die aeltesten Festkoerper, die aus unserem Sonnensystem bekannt sind (Ca-Al-Inclusions in bestimmten Meteoriten), ein Alter von 4,56711 (+/- 0,00016) Ga aufweisen. Das ist gerade mal 700 Millionen Jahre aelter. Meteoriten, Planeten und natuerlich die Sonne sind etwa zeitgleich entstanden. 4,567 Ga ist somit das derzeit gueltige Alter unseres Sonnensystems.
Das bedeuted, dass nur 700 Ma nach der groben "Fertigstellung" der Erde das Sauerstoffniveau hoch genug zur Bildung von Leben war.

Wahrscheinlich ziemlich ekliger, gruener Schleim :-)

EDIT:
Bzgl des Sauerstoff-Levels habe ich gerade nochmal nachgesehen (aeh, ok, nachsehen muessen):

* Im Archaikum (also, als BIFs, etc, gebildet wurden) war der O2-Gehalt bei etwa 1 vol-% PAL (present atm. level), d.h. damals ca. 0,1-0,2 absolute vol-%.
* Erste freie Atmer gabe es ab 2 Ga, wobei der O2 auf > 1 % PAL kletterte (Pasteur-Schwelle, Voraussetzung fuer komplexere Organismen, weil Geruest-Eiweise gebildet werden koennen )
* 7 % PAL bei Erscheinen der Metazoa (Vielzeller) bei ca. 600 Ma => ab hier fand die explosionsartige Vermehrung der Arten statt
* 10 % PAL (d.h. nur 2 vol-%, also 1/10 von heute) bei 545 Ma
* heutiger O2 nach der Besiedelung des Festlandes durch Pflanzen

Nichtsdestotrotz, spektroskopischer Nachweis von Ozon (das urspruengliche thema) sollte bereits bei wesentlich geringeren Werten von O2 oder O3 moeglich sein.

[Thomas W. Riker]

Falls meine uralte Biologie-Schulbildung richtig war, dann waren die ersten Lebensformen anaerobe Mikroorganismen.

Beim Betrachten verschiedender Links geht man von ca. 470 bzw. >1200 Exoplaneten-Kandidaten aus. Da diese links etwa gleich alt sind bin ich über so unterschiedliche Zahlen verwirrt.
Haben unterschiedliche Institutionen verschiedene Definitionen des Begriffes 'Exoplaneten-Kandidat'?

[xanrof]

Falls meine uralte Biologie-Schulbildung richtig war, dann waren die ersten Lebensformen anaerobe Mikroorganismen

Ja. Die allerersten, primitiven Urformen (Eobionten) muessen wohl anoxische Organismen gewesen sein, da die Uratmosphaere i.w. aus CO2, und H20 sowie H2, CO, N2 u.a. bestand. Das sind sehr reduzierende Verhaeltnisse. Diese Daten stammen aus der Analyse von Gestein. Ferner kennt man aus dieser Zeit Pyritknollen, das ist Eisensulfid und kann sich bei Anwesenheit von O2 nicht bilden

Die Organismen, die die aeltesten (bekannten) Spuren auf der Erde hinterlassen haben (die heute bekannten Versteinerungen davon heissen Stromatolithen) waren Cyanobakterien (Blaualgen) und betrieben eine sauerstoffgebundene Photosynthese. Sie lieferten den Sauerstoff, zunaechst fuer die BIF Bildung, spaeter dann fuer die Atm.

[McWire]

Ja. Die allerersten, primitiven Urformen (Eobionten) muessen wohl anoxische Organismen gewesen sein, da die Uratmosphaere i.w. aus CO2, und H20 sowie H2, CO, N2 u.a. bestand. Das sind sehr reduzierende Verhaeltnisse. Diese Daten stammen aus der Analyse von Gestein. Ferner kennt man aus dieser Zeit Pyritknollen, das ist Eisensulfid und kann sich bei Anwesenheit von O2 nicht bilden

Die Organismen, die die aeltesten (bekannten) Spuren auf der Erde hinterlassen haben (die heute bekannten Versteinerungen davon heissen Stromatolithen) waren Cyanobakterien (Blaualgen) und betrieben eine sauerstoffgebundene Photosynthese. Sie lieferten den Sauerstoff, zunaechst fuer die BIF Bildung, spaeter dann fuer die Atm.

Wobei die Urerde ähnlich wie Titan und im Gegensatz zu Venus und Mars einen relativ großen Stickstoff- und relativ geringen CO2-Anteil in der Atmosphäre gehabt haben muss. Hätten wir damals eine Atmosphäre aus beispielsweise 80% CO2 gehabt, wäre der damalige Luftdruck wohl enorm groß gewesen (da wir ja heute weniger als 1% CO2 in der Atmosphäre haben und dafür 78% N2) und der Treibhauseffekt hätte niemals komplexes Leben ermöglicht ... siehe Venus.

Außerdem ist es schwer zu glauben, dass die Atmosphäre in 3,5 Mrd. Jahren 90% ihrer Masse verloren hätte. Die Uratmosphäre (4,5-3,5 Mrd Jahre) bestand natürlich zum größten Teil aus H2O und CO2, aber hat sich ja schnell als Carbonat ausgefällt und bildet heute im Wesentlichen die irdische Hydrosphäre, also die Ozeane. Seitdem dürfte sich der Masseverlust auf in den Weltraum entweichendes Helium und Wasserstoff beschränken.

[xanrof]

Hm, ne, N2 war damals nur als Spurengas vorhanden. Das kann man durch die Analyse des Gesteins messen (Einbau von N-Atomen in magmatischen Mineralphasen, z.B. Olivin und Pyroxen). Der Anstieg der N Konzentration in der Atm kommt vulkanischer Entgasung. Da N eher wenig in Organismen eingebaut wird (und auch von Magma nicht aufgenommen wird), hat er sich in der Atm angereichert. CO2 dagegen wurde von den Organismen verbraucht (Photosynthese).
Der Treibhauseffekt wurde damals i.w. von H2O(-Dampf) und CO2 verursacht.

[McWire]

Hm, ne, N2 war damals nur als Spurengas vorhanden. Das kann man durch die Analyse des Gesteins messen (Einbau von N-Atomen in magmatischen Mineralphasen, z.B. Olivin und Pyroxen). Der Anstieg der N Konzentration in der Atm kommt vulkanischer Entgasung. Da N eher wenig in Organismen eingebaut wird (und auch von Magma nicht aufgenommen wird), hat er sich in der Atm angereichert. CO2 dagegen wurde von den Organismen verbraucht (Photosynthese).
Der Treibhauseffekt wurde damals i.w. von H2O(-Dampf) und CO2 verursacht.

Ich rede hier ja nicht von der Bildungsphase, sondern der Abkühlungsphase bis zur Entwicklung der Photosyntheselebensformen. Damals hat der Stickstoff schon mehr als 50% der Atmosphäre ausgemacht. Der Rest war eine bunte Mischung aus H2, CO2, CO, H2S, NH3, CH4 und Edelgase (vor allem Argon und auch noch Helium). Sauerstoff gab es so gut wie gar nicht.

Nachdem die Temperatur der Atmosphäre unter den Siedepunkt des Wassers gefallen war, kam es zu einem extrem langen Dauerregen, nach dessen Ende sich die Ozeane gebildet hatten. Dementsprechend wurden die anderen Atmosphärengase relativ zum Wasserdampf angereichert. Die hohe UV-Einstrahlung bedingte eine photochemische Zerlegung der Wasser-, Methan- und Ammoniakmoleküle, wodurch sich Kohlendioxid und Stickstoff ansammelten. Die leichten Gase wie Wasserstoff oder Helium verflüchtigten sich großteils in den Weltraum, Kohlendioxid löste sich in großen Mengen in den Ozeanen, wodurch ihr Wasser angesäuert wurde und ihr pH-Wert sich auf etwa 4 absenkte. Der inerte und wenig lösliche Stickstoff N2 blieb unverändert, sammelte sich mit der Zeit an und bildete vor etwa 3,4 Milliarden Jahren den Hauptbestandteil der Atmosphäre.

Die Ausfällung des Kohlendioxids mit Metallionen als Carbonate und die spätere Entwicklung von Lebewesen, die Kohlendioxid assimilierten, führte zu einer Verringerung der CO2-Konzentration und einem Wieder-Ansteigen der pH-Werte der Gewässer.

[xanrof]

Außerdem ist es schwer zu glauben, dass die Atmosphäre in 3,5 Mrd. Jahren 90% ihrer Masse verloren hätte. Die Uratmosphäre (4,5-3,5 Mrd Jahre) bestand natürlich zum größten Teil aus H2O und CO2, aber hat sich ja schnell als Carbonat ausgefällt und bildet heute im Wesentlichen die irdische Hydrosphäre, also die Ozeane. Seitdem dürfte sich der Masseverlust auf in den Weltraum entweichendes Helium und Wasserstoff beschränken.

Doch, das ist moeglich, da das Gas mit der hoechsten Konz chemisch gebunden wurde (ueber die Photosynthese, nicht ueber chem Ausfaellung) und nicht in den Weltenraum entfleucht ist
Ich weiss allerdings nicht, in welchem Ausmass atm. Gas eines Planeten in den Weltraum entweicht, abhaengig von dessen Masse.
Die heutige Hydrosphaere hat mit damals nix zu tun, sondern ist das Produkt vielfachen Recyclings (Verdampfen, Abregnen, Einbau in Gestein, dann Verwitterung und transport in die Ozeane, dann wieder Verdampfung, etc.)


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
xanrof schrieb nach 5 Minuten und 1 Sekunde:

Ich rede hier ja nicht von der Bildungsphase, sondern der Abkühlungsphase bis zur Entwicklung der Photosyntheselebensformen. Damals hat der Stickstoff schon mehr als 50% der Atmosphäre ausgemacht. Der Rest war eine bunte Mischung aus H2, CO2, CO, H2S, NH3, CH4 und Edelgase (vor allem Argon und auch noch Helium). Sauerstoff gab es so gut wie gar nicht.

Als die ersten Organismen sich bildeten, war der primaere Magmenozean bereits abgekuehlt.

Dass der Stickstoff damals 50% ausmachen sollte, kann ich nicht bestaetigen, wie gesagt, Mineralanalysen sagen etwas anderes. Das mit der "bunten Mischung" ist soweit richtig, aber H2S, NH3, CH4, Edelgase nur in Spuren


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
xanrof schrieb nach 1 Minute und 49 Sekunden:

Durch die staendigen Beitragszusammenfuehrungen und Edits wird das gerade etwas verwirrend...


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EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
xanrof schrieb nach 5 Minuten und 16 Sekunden:

ok, da war ich wohl verwirrt: Mein Komment bzgl N bezog sich auf die Uratmosphaere, als noch grosse Magmenmengen die Erdoberflaeche bedeckten. Die Information ueber den N-Gehalt ist in bestimmten Mineralen "gespeichert".

Spaeter, als es sehr viel kuehler war, hat sich dann der N in der Atm angereichert. Richtig.

[McWire]

Doch, das ist moeglich, da das Gas mit der hoechsten Konz chemisch gebunden wurde (ueber die Photosynthese, nicht ueber chem Ausfaellung) und nicht in den Weltenraum entfleucht ist
Ich weiss allerdings nicht, in welchem Ausmass atm. Gas eines Planeten in den Weltraum entweicht, abhaengig von dessen Masse.
Die heutige Hydrosphaere hat mit damals nix zu tun, sondern ist das Produkt vielfachen Recyclings (Verdampfen, Abregnen, Einbau in Gestein, dann Verwitterung und transport in die Ozeane, dann wieder Verdampfung, etc.)

Das war aber vorher. Seit etwa 3 Mrd. Jahren ist die Masse der Atmosphäre etwa konstant, da sich die Entweichungsverluste in den Weltraum durch Eintrag von extraterrestrischer Materie (Meteore) ausgleicht.

Die chemische Zusammensetzung hat sich natürlich stark gewandelt.

Nachdem wie ich es mir vorstelle, dürfte die Atmosphäre wohl so ausgesehen haben:

• -4,0 Mrd Jahre: 50% CO2, 30% H2O, 10% N2, 10% Spurengase*
  Auswaschungsphase von H2O und CO2
• -3,5 Mrd Jahre: 35% CO2, 30% N2, 10% H2O, 20% Spurengase*
  Bildung des ersten Lebens
• -3,0 Mrd Jahre: 50% N2, 23% CO2, 7% H2O, 20% Spurengase*
  Auftritt der Photosynthese
• -2,5 Mrd Jahre: 70% N2, 10% CO2, 5% H2O, 1% O2, 14% Spurengase*
  Ausbildung der ersten zarten Ozonschicht
• -2,0 Mrd Jahre: 75% N2, 5% O2, 3% CO2, 5% H2O, 12% Spurengase*
  Aerobe Lebensformen auf dem Vormarsch
• -1,5 Mrd Jahre: 76% N2, 10% O2, 1% CO2, 5% H2O, 8% Spurengase*
• -1,0 Mrd Jahre: 78% N2, 15% O2, 0,5% CO2, 2% H2O, 4,5% Spurengase*
• -0,5 Mrd Jahre: 78% N2, 18% O2, 0,1% CO2, 1% H2O, 2,9% Spurengase*
• heute: 78% N2, 21 % O2, 1% H2O, 1% Spurengase (davon 0,038% CO2)*

* Im wesentlichen die Edelgase Helium und Argon, dazu noch Schwefelverbindungen aus vulkanischer Aktivitität (zum großen Teil in den Weltraum entwichen)

Die CO2-Dominanz hat also vor etwa 3,5 Mrd. Jahren aufgehört und die N2-Dominanz hat begonnen.

[xanrof]

So detailliert habe ich keine Daten. Woher sind die Zahlen?

[McWire]

So detailliert habe ich keine Daten. Woher sind die Zahlen?

Simple Extrapolation aufgrund vierer natürlicher Prozesse:

1. das Abregnen von Wasser aus der Atmosphäre in die Hydrosphäre
2. der nichtbiologischer Abtrag der leichten Elemente Wasserstoff und Helium aus der Erdatmosphäre
3. die chemische Bindung von CO2 in Gestein.
4. die biologische Umwandlung von CO2 und H2O in O2

Die Gesamtmasse der Atmosphäre schrumpft zunächst sehr stark durch die Abkühlung der Erde, warum die vorherigen Spurengase ihren Anteil verdoppeln. Gleichzeitig werden Wasser und CO2 in Gesteinen gespeichert.

Danach beginnt vor etwa 3,0 Mrd Jahren (laut dem was in diesem Thread schon angesprochen wurde und was ich in Wikipedia finden konnte) die Stickstoffdominanz. Der CO2-Spiegel fällt erst allmählich, dann infolge des biologischen Lebens immer schneller. Gleichzeitig taucht der erste Sauerstoff auf.

Während der letzten 3,0 Mrd. Jahren gasen die Spurengase Helium & Co. langsam aus, sodass sie von ehemals 20 nur noch 1% der Erdatmosphäre ausmachen. Neue Gase werden extraterrestrisch eingetragen, im wesentlichen CO2, noch ein Grund warum der CO2-Spiegel erstmal nur langsam fällt.

Gleichzeitig steigt die Ausgasung von N2 aus Gesteinen und Ozeanen und bringt den atmosphärischen Anteil von anfangs etwa 50 auf heute knapp 80%.

Vor etwa 2 Mrd Jahren beginnt die Sauerstoffanlagerung in der Atmosphäre in größeren Mengen. (die Angabe von 5% soll das verdeutlichen, wobei der tatsächliche Wert wohl eher geringer sein sollte... ist ja nur eine grobe Extrapolation).
Danach steigt der O2-Anteil kontinuierlich, bis auf die heutigen 21%, wobei er zwischenzeitlich im Perm, Trias, Jura und Kreide wohl größer war als heute, bei etwa 25%. Danach sank er wieder deutlich unter 20% in Folge von vulkanischen Aktivitäten und einem Asteroiden- oder Kometeneinschlag und hat sich anschließend auf die heutigen 21% wieder stabilisiert.

So sind diese Zahlen zu interpretieren. Sie sind keine exakten realen Werte, sondern nur Hilfsgrößen für die Darstellung der groben Entwicklung.

[xanrof]

Hm, ok.
Also, um das alles zu modellieren, braucht man sehr viele Variablen und deren Aenderungsraten, welche alle bekannt sein muessen. Du schreibst selbst, dass das nur sehr grobe Werte sind, dem muss ich zustimmen. Da ich selbst keine praezisen Daten habe, kann Deine Einschaetzungen schlecht kommentieren. Einzig bzgl des ersten genannten Punktes (bei 4,0 Ga) will ich weiterhin Zweifel an den 10% Stickstoff loswerden. Das ist zu hoch. Leider kann ich es ncht belegen, ich kann mich nur an ein Paper erinnern, wo die Autoren deutlich geringere Werte fuer die Uratmosphaere gefolgert haben. Ich habe gerade versucht, das oder ein anderes Paper mal auf die Schnelle zu finden, um einen konkreten Wert nennen zu koennen, fand aber nichts.
Aber nochmal: Selbst heute gibt es noch massive Schwiergkeiten, die chemischen Prozesse der heutigen Atmosphaere in ihrer Gesamtheit zu modellieren (Stichwort Prognose Klimawandel). Daher wuerde ich spontan deiner Extrapolation nicht allzuviel vertrauen. Allerdings habe ich jetzt auch keine Daten als Gegenargument parat.


.
EDIT (autom. Beitragszusammenführung) :
xanrof schrieb nach 23 Minuten und 37 Sekunden:

Nachtrag
Ich habe jetzt doch was gefunden, leider nicht sehr ergiebig, aber immerhin.
aus
Fay, P.; MICROBIOLOGICAL REVIEWS, June 1992, p. 340-373
"It has also been presumed that nitrogen
was present in abundant quantity in its most reduced form,
ammonia (NH3), which was utilized by the ancient microorganisms
for the biosynthesis of cell material. "

In dem Artikel geht es primaer um die Sauerstoff-Reaktionen bei der Einbindung von N in Cyanobakterien. Ich muss dazusagen, dass ich von Mikrobiologie selbst keine Ahnung habe, aber am Ende gibt es einen Absatz "EVOLUTIONARY CONSIDERATIONS", aus dem das Zitat stammt

Demnach soll der Stickstoff vorwiegend als NH3 vorgelegen haben und entsprechend von den Organismen verwertet worden sein.
Leider gibt der Autor keine konkreten Zahlen

Worauf ich hinaus will: Bereits bei Anwesenheit von Organismen (3,5 Ga) war die Konzentration von Stickstoff gering, dagegen scheint es wohl eine signifikante Konzentration von NH3 gegeben zu haben. Sofern das so zutrifft, versagt bereits hier deine Rechnung.
Es macht aber Sinn: NH3 ist als Molekuel viel zu gross, um in die entsprechenden Mineralphasen eingebaut zu werden, daher wird es auch nicht gefunden. Bei N ist das (im x100 ppm Bereich) moeglich

[Dannyboy]

Ja, das hängt eben auch von dem Ausmass der Stickstofffixierung durch Blitze in der frühen Atmosphäre ab.

[McWire]

Hm, ok.
Also, um das alles zu modellieren, braucht man sehr viele Variablen und deren Aenderungsraten, welche alle bekannt sein muessen. Du schreibst selbst, dass das nur sehr grobe Werte sind, dem muss ich zustimmen. Da ich selbst keine praezisen Daten habe, kann Deine Einschaetzungen schlecht kommentieren. Einzig bzgl des ersten genannten Punktes (bei 4,0 Ga) will ich weiterhin Zweifel an den 10% Stickstoff loswerden. Das ist zu hoch. Leider kann ich es ncht belegen, ich kann mich nur an ein Paper erinnern, wo die Autoren deutlich geringere Werte fuer die Uratmosphaere gefolgert haben. Ich habe gerade versucht, das oder ein anderes Paper mal auf die Schnelle zu finden, um einen konkreten Wert nennen zu koennen, fand aber nichts.
Aber nochmal: Selbst heute gibt es noch massive Schwiergkeiten, die chemischen Prozesse der heutigen Atmosphaere in ihrer Gesamtheit zu modellieren (Stichwort Prognose Klimawandel). Daher wuerde ich spontan deiner Extrapolation nicht allzuviel vertrauen. Allerdings habe ich jetzt auch keine Daten als Gegenargument parat.

Eigentlich ist die CO2-Abnahme bei mir viel zu konservativ geschätzt. Wir wissen mittlerweile recht sicher, dass es vor jeweils 2300 und 600 Millionen Jahre eine Phase der totalen Vergletscherung der Erde gegeben hat. Daraus ergeben sich für diese Zeiträume nahezu nicht mehr existente CO2-Mengen in der Atmosphäre. Daher muss der CO2-Abbau effektiv viel schneller von Statten gegangen sein als ich ihn hier skizziert habe.

Aus dem Grund eine Revision meiner Schätzung:

• -4,0 Mrd Jahre: 50% CO2, 30% H2O, 5% NH3, 5% N2, 5% SO2, 5% andere Spurengase*
  (Etwa 2/3 Masseverlust der Atmosphäre durch Kondensation)
• -3,5 Mrd Jahre: 35% CO2, 20% N2, 10% H2O, 15% Spurengase*
• -3,0 Mrd Jahre: 50% N2, 20% CO2, 7% H2O, 20% Spurengase(darunter O2)*
• -2,5 Mrd Jahre: 75% N2, 5% CO2, 5% H2O, 15% Spurengase(darunter O2)*
• -2,0 Mrd Jahre: 80% N2, 5% O2, 15% Spurengase (darunter CO2, H2O)*
• -1,5 Mrd Jahre: 80% N2, 10% O2, 10% Spurengase (darunter CO2, H2O)*
• -1,0 Mrd Jahre: 80% N2, 15% O2, 5% Spurengase (darunter CO2, H2O)*
• -0,5 Mrd Jahre: 80% N2, 18% O2, 2% Spurengase(darunter CO2 und H2O)*
  (Massezunahme der Atmosphäre durch biologisch erzeugten Sauerstoff, dadurch geringfügiger Rückgang des Stickstoffanteils)
• heute: 78% N2, 21 % O2, 1% Spurengase (darunter H2O, davon 0,038% CO2)*

* Im wesentlichen Wasserstoff, die Edelgase Helium, Neon, Argon, Krypton und Xenon, dazu noch Schwefelverbindungen (H2S und SO2) und andere Gase (NH3, NO2, CH4) aus biologischer und vulkanischer Aktivität. (Zum großen Teil im Laufe der Jahrmillionen in den Weltraum entwichen oder neu im Gestein gebunden.)

[xanrof]

Ich kann immer noch nicht deine Schaetzungen nachvollziehen. Woher nimmst du die Anfangskonzentrationen und die Ab- bzw Zunahmeraten pro Zeit (welche ja offensichtlich auch nicht konstant sind), demnach die Beschleunigungsraten der Aenderungen? Ferner schreibst du ja selbst, dass bestimmte Events die Entwicklungen unterbrechen, gar umkehren koennen.
Abgesehen davon, sind deine Zahlen volumen-%, atom-% oder massen-% (fuer jeweils geg. Temp.)? Bei Gasen ist das nicht trivial.

Versteh mich nicht falsch, mir ist schon klar, dass du keine perfekte Atmospherenmodellierung vorlegen willst, sondern nur eine grobe Schaetzung.
Aber das Thema ist viel zu komplex, die moeglichen (und noch nicht mal alle bekannten) Einfluesse jeglicher Art viel zu umfangreich und unterschiedlich intensiv, dazu (zeitlich) nicht konstant, dazu kommen noch unterschiedlichste Events (nicht nur Vollvereisungen der Erde), welche katastrophenartigen Einfluss hatten (oder auch nicht), dass ich denke, dass derartige Schaetzungen noch nicht mal ansatzweise Sinn machen.

[McWire]

Ich kann immer noch nicht deine Schaetzungen nachvollziehen. Woher nimmst du die Anfangskonzentrationen und die Ab- bzw Zunahmeraten pro Zeit (welche ja offensichtlich auch nicht konstant sind), demnach die Beschleunigungsraten der Aenderungen? Ferner schreibst du ja selbst, dass bestimmte Events die Entwicklungen unterbrechen, gar umkehren koennen.
Abgesehen davon, sind deine Zahlen volumen-%, atom-% oder massen-% (fuer jeweils geg. Temp.)? Bei Gasen ist das nicht trivial.

Versteh mich nicht falsch, mir ist schon klar, dass du keine perfekte Atmospherenmodellierung vorlegen willst, sondern nur eine grobe Schaetzung.
Aber das Thema ist viel zu komplex, die moeglichen (und noch nicht mal alle bekannten) Einfluesse jeglicher Art viel zu umfangreich und unterschiedlich intensiv, dazu (zeitlich) nicht konstant, dazu kommen noch unterschiedlichste Events (nicht nur Vollvereisungen der Erde), welche katastrophenartigen Einfluss hatten (oder auch nicht), dass ich denke, dass derartige Schaetzungen noch nicht mal ansatzweise Sinn machen.

Es geht ja nicht um die Konzentration (in Masse %) zu einem bestimmten Zweitpunkt, sondern der Verlauf. Ich kann wohl kaum ohne geologische Daten genau sagen, wieviel Sauerstoff oder CO2 vor 2 Mrd. Jahren in der Atmosphäre war. Ich kann nur Mindest- oder Maximalwerte angeben.

Mein Modell hat jetzt die beiden "Schneeball Erde"-Ereignisse berücksichtigt, da sich diese über Millionen von Jahren gezogen haben müssen und daher für längere Phasen fast keine Treibhausgase (CO2, H2O, CH4) in der Atmosphäre gewesen sein können. Diese Punkte sind hier bei 2,0 und 0,5 Mrd Jahre.

Der Ausgangswert (50% CO2, 30% H2O, 5% NH3, 5% N2, 5% SO2, 5% andere Spurengase*) ergibt sich aus Aussagen in diesem Thread von dir und anderen. Hauptbestandteil CO2, Wasser, Stickstoff als NH3, Spuren von molekularen Stickstoff, SO2 durch Ausgasung von noch flüssigem Magma.

Das NH3 dürfte in der nächsten Milliarde Jahre aufgrund seiner Reaktivität verschwunden und durch N2-Ausgasung ersetzt worden sein.

Vor 3 Mrd. Jahren ist dann die Zusammensetzung gemäß der Wikipedia gekippt. N2 dominiert seit dem und CO2 wird kontinuierlich von basischem Gestein und biologischen Lebensformen assimiliert. Gleichzeitig wird stetig O2 in die Atmosphäre abgegeben.

Vor etwa 2,0 Mrd. Jahren hatte die Erdatmosphäre die geringste relative Masse. Darum dominierte dort Stickstoff. CO2 und H2O wurden in der Biosphäre und in der Lithosphäre gebunden, da die vulkanische Aktivität ein Minimum hatte. Wasserstoff und Helium sind zum größten Teil in den Weltraum entwichen und Sauerstoff war noch nicht in großer Menge gebildet.

Dann kam eine Phase vulkanischer Aktivität und von größeren Kometeneinschlägen, die die Atmosphäre wieder mit CO2 und anderen Spurengasen aufgefüllt hat, warum sie insgesamt von der Konzentration kaum abgesunken sind, lediglich wurde Helium durch andere Gase ersetzt.

Seit 1 Mrd. Jahre nimmt die Masse der Atmosphäre kontinuierlich wieder zu, da mehr Sauerstoff gebildet wird als Helium & Co in den Weltraum entweichen und CO2 aus der Luft assimiliert wird. Das dafür notwendige CO2 und H2O wird aus dem Meereswasser entnommen.

Aus dem Grund haben wir heute eine etwas geringere N2-Konzentration als vor 1 Mrd Jahren, weil der absolute Stickstoffanteil etwa konstant geblieben ist aber der absolute Sauerstoffanteil überproportional zugenommen hat.

Der Sauerstoffanteil hatte vor 0,06 Mrd Jahren seinen Höhepunkt bei etwa 23-26% während der Kreidezeit und ist dann wieder gefallen nachdem ein großes Ereignis (Supervulkan, Asteroideneinschlag) große Teil der Biosphäre vernichtet hat.

Bis heute hat sich das ganze wieder stabilisiert, wobei der CO2-Anteil wieder größer als vor 0,5 Mrd Jahren sein muss, als die Erde komplett vereist war.