Das Leben auf der Erde – insbesondere der Mensch – hat den geologischen Phosphor-Kreislauf grundlegend verändert.
Ohne Phosphor kein Leben, wie wir es kennen: Dieses Element ist ein Baustein unserer Erbsubstanz (DNA bzw. RNA), des wichtigsten Energieträgers in Zellen (ATP) sowie von Knochen und Zähnen. Allerdings ist damit nicht gesagt, dass schon die ersten Lebewesen auf der Erde Phosphor enthielten. Denn dieser ist an sich fest in Gesteinen gebunden und für Lebewesen nicht leicht verwertbar.
Entstanden ist Phosphor wahrscheinlich in Sternen aus Silizium-Isotopen durch Neutroneneinfang. Aus dem Sternenstaub ist unsere Erde entstanden, sie besteht zu knapp 0,3 Prozent aus Phosphor. Der Großteil davon befindet sich im Erdkern, ein Zehntel in Erdmantel und -kruste.
Über den geochemischen Kreislauf von Phosphor (Vulkanismus, Erosion, Ablagerung, Subduktion usw.) ist nicht allzu viel bekannt. Forscher um Marcos Jusino-Maldonado haben nun am Blue Marbel Space Institute of Science (Seattle, USA) das vorhandene Wissen gesammelt und ein Modell konstruiert, das das Geschehen über die Jahrmilliarden nachzeichnet (Scientific Reports, 7. 6.).
Dabei konnten sie mehrere Phasen unterscheiden: Auf der unbelebten Erde sorgten geologische Kräfte dafür, dass Phosphor aus dem Erdinneren an die Oberfläche befördert wurde. Das Auftreten von Leben veränderte die Situation grundlegend: Irgendwann vor 1,2 bis 2,6 Mrd. Jahren begannen Mikroorganismen, Phosphor aktiv zu nutzen. Sie entwickelten biochemische Prozesse, um Phosphatgestein aufzulösen und dadurch bioverfügbar zu machen – ein gutes Beispiel für die Konstruktion einer biologischen Nische: Lebewesen schaffen sich selbst einen für sie vorteilhaften Lebensraum.
Dadurch kam ein neuer Phosphor-Kreislauf in Gang: Infolge der verstärkte Erosion durch Mikroorganismen wurden große Mengen Phosphor freigesetzt, die im Endeffekt in die Ozeane gelangen, wo sie am Meeresgrund abgelagert werden. „Der Einfluss der Biologie auf den globalen Phosphor-Transport kann kaum überschätzt werden“, so die Forscher. Überdies entstanden auf diese Weise jene wenigen Phosphat-Lagerstätten, die heute zur Düngemittelproduktion genutzt werden.
Dies führt direkt zu einer dritten Phase des planetarischen Phosphor-Kreislaufs: Nachdem der Mensch die Landwirtschaft erfunden hatte und bemerkte, dass sich die Erträge durch Düngen steigern lassen, wuchs der Phosphor-Fluss an der Erdoberfläche um das Zehn- bis Hundertfache.
Der Mensch drückte also auch in Sachen Phosphor der Welt seinen Stempel auf.
Der Autor leitete das Forschungsressort der „Presse“ und ist Wissenschaftskommunikator am AIT.
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("Die Presse", Print-Ausgabe, 12.06.2022)