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Biologische Zeitenwende vor 542 Millionen Jahren
Evolution vor der Zeitenwende: älteste Mikroben stammen von 3,5 Ga, freier Sauerstoff in der Atmosphäre findet sich seit 2,4 Ga, Zellen mit Kern, Atmung und Kohlenstoff-Recycling
seit 2,1 Ga, Sexualität und Vielzelligkeit seit 1,5 Ga bis 0,8 Ga, Tiere seit 635 Ma und Tiere mit Skelett seit 542 Ma
40 Ma Kreativität: unmittelbar vor der Zeitenwende kam es zu einer raschen Entfaltung vielzelliger Lebewesen (Ediacara) und zu einer verstärkten Freisetzung von 
, der -Gehalt erreichte 2 %, dies reichte zur Bildung einer Ozonschicht aus, damit war das flache Wasser (Schelfgebiete) besiedelbar geworden
großes Fressen: Zeitenwende deshalb so wichtig, weil durch Skelette Organspezialisierung möglich gemacht wurde, Bildung selbstoptimierender Lebensgemeinschaften, Entstehung der Ökosysteme des
Meeres
Beschwerlicher Landgang vor 350 Millionen Jahren
entscheidende Faktoren: Sauerstoff, Ozon und Skelett, im Unterschied zum Leben im Meer ist ein höherer Energieaufwand für die Fortbewegung notwendig
Landgang: zuerst wurde das Land durch höhere Pflanzen besiedelt, danach durch Tiere
Pflanzen: Leitungsgefäße, Wurzeln, Blätter (wg. sinkendem 
-Gehalt) und flugfähige Samen, es gab riesige Tieflandswälder und wegen bis zu 30 % in der Atmosphäre Riesenwuchs bei Farnen usw.
Verholzung: die neu entwickelte Verholzung führt zu einer langsameren Verrottung, dadurch bleibt organisches Material länger erhalten (Fixierung von Kohlenstoff), Senkung des -Gehalts, Entstehung der Wälder
Tiere: wegen dem hohen -Gehalt gab es Rieseninsekten und Riesenlurche, außerdem haben sich Vorfahren der Reptilien entwickelt, bei Landwirbeltieren kam es zur Entwicklung von tragfähigen Gliedmaßen und von der Lunge
Reptilien
neue Entwicklungen: Schutz gegen Austrocknung, verbesserte Zahnformen und Gebisse, Rippen mit Gelenken (verbesserte Atmung), Gliedmaßen unter dem Körper (verbesserte Fortbewegung), innere
Befruchtung (wenige Eier, Eischale, Doppelaquarium), Kinder kommen als fertige Reptilien auf die Welt (sofort lernfähig), Kommunikation über verbessertes Riechvermögen (verbesserte Brutpflege),
Weitergabe von Informationen während der Brutpflege (Steigerung des kollektiven Gedächtnisses), exponentiell steigende Datenmenge (stark verbesserte Hirnleistung), verbesserter Orientierungssinn
(Kolonisierung von Pangäa)
Errungenschaften gegenüber den Amphibien:
Eier mit Schale und Dottervorrat, innere Befruchtung, Schutz vor Austrocknung durch verhornte Haut, leistungsfähiges Gebiss, Rippen mit Gelenken
Großes Sterben vor 251 Millionen Jahren
großes Sterben: mehr als 90 % aller Arten sind ausgestorben, Rekonvaleszenz-Zeit der Biosphäre mindestens 50 Ma
Jura- und Kreidezeit und Vögel
langsam steigender Sauerstoffgehalt: Riesenwuchs bei Meeresechsen, Spezialisierung und Riesenwuchs bei Dinosauriern, Luftsack-System der Dinosaurier und pneumatische Gelenkstützen (aus Atemnot
entstanden), Flugsaurier
Errungenschaften der Vögel: Warmblütigkeit, leichte Knochen (Flugmuskulatur im Dauerbetrieb), verbesserte Sehschärfe (dreidimensionales Sehen), verbessertes Erinnerungs- und
Navigationsvermögen, funktionale Frühgeburten bei Singvögeln, hohe Lernfähigkeit (verbesserte Anpassung)
Ursache der Wirbeltiere: hoher -Gehalt
Explosion im Treibhaus vor 65 Millionen Jahren
Explosion im Treibhaus: vor 65,4 Ma, 50 % aller Arten wurden ausgelöscht
Ablauf: Einschlag auf Kalkablagerungen
\(\Rightarrow \) Eruption von Basalt
\(\Rightarrow \) Erhöhung des 
-Gehalts
\(\Rightarrow \) spontane Temperaturerhöhung
\(\Rightarrow \) Einschlag eines Himmelskörpers auf Kalkablagerungen, diese enthalten Chlor- und Schwefelsalze, Verdampfung führt zur Entweichung von Salzsäure und Schwefelsäure
\(\Rightarrow \) Mega-Tsunami und saurer Regen
\(\Rightarrow \) jahrelanger globaler Winter
\(\Rightarrow \) Kollaps der Nahrungskette
\(\Rightarrow \) kurzfristiges Supertreibhaus
die Stunde der Säugetiere: danach konnten sich die Säugetiere ausbreiten, sie waren lebendgebärend, warmblütig und behaart, Säugetiere besaßen einen sechsfach
höheren Sauerstoffbedarf (für Plazenta, denn die Vorsorgung des Kindes im Mutterleib ist nur bei hohem -Gehalt möglich), rückten spontan in die frei gewordenden Nischen
Erdneuzeit: Zeitalter der Säugetiere
Gigantismus im 
-
-Treibhaus vor 65 Ma bis 48 Ma: Anstieg von , und Temperatur, dadurch Treibhausklima und Gigantismus (Riesenschlangen, Riesenvögel, Riesennashörner)
akzentuiertes und Treibhausklima: je nachdem, ob die Polkappen vereist sind oder nicht, herrscht akzentuiertes (momentanes Klima) oder Treibhausklima vor
auf dem Weg in die Eiszeit: Kontinent Antarctica driftet zum Südpol, außerdem entziehen lange Gebirgsketten der Atmosphäre , seit 48 Ma Abkühlung, seit 34 Ma Vereisung der Antarktis (Schwelle 750 ppm ), seit 2,7 Ma Vereisung der Nordhalbkugel (Schwelle 280 ppm ), dadurch Rückgang von , und Temperatur, Schließung des Isthmus von Panama und Entstehung des Golfstroms, dadurch wurde warmes Wasser in den Norden geleitet, was leichter als kaltes Wasser verdunstet, damit gab es mehr Feuchtigkeit und
die Arktis konnte sich auch vereisen
Errungenschaften der Säugetiere: Warmblütigkeit, verbesserte Kauwerkzeuge (Kiefer dreidimensional bewegbar), Plazenta, Lebendgebären, Säugen, intensive Brutpflege
Anpassungen der Säugetiere: an sinkende Temperaturen, an Rückgang der Wälder, an Ausbreitung der Gräser
Erfolgsgeschichte der Hominiden: aufrechter Gang, Frühgeburten, Turbo-Brutpflege, Kopfwachstum in der Kindheit, hohe individuelle Lernfähigkeit, Arbeitsteilung, hohe kollektive
Lernfähigkeit, Nutzung von Brennstoffen, sprechen, denken usw.
biologische Innovationen, die es nur bei Säugetieren gab:
Behaarung, Hirnrinde, aber nicht permanente Warmblütigkeit
biologische Innovationen, die es nur beim Menschen gab:
aufrechter Gang, Kopfwachstum in der Kindheit, Daumen, aber nicht funktionale Frühgeburten, intensive Brutpflege
zeitliche Reihenfolge der Entstehung der Tiere des Festlands:
Gliedertiere, Amphibien, Reptilien, Säugetiere, Vögel
Stammbaum des Lebens
Domänen: die drei heute akzeptierten Domänen sind Archaea, Bakterien und Eukaryoten (mit Zellkern), Archaea und Bakterien werden als Prokaryoten bezeichnet (kein Zellkern)
Archaea: überwiegend anaerob, chemolithoautotroph (nur anorganische Stoffe werden zur Energiegewinnung umgesetzt), leben von anaeroben Redoxreaktionen, Zellen mit Membranen, größer als
Viren, aber kleiner als Bakterien, alle tiefsten und kürzesten Äste im Stammbaum sind von hyperthermophilen (wärmeliebenden) Archaea besetzt
planetare Voraussetzungen für Archaea: als Kohlenstoffquelle, Wärme optimal zwischen 80 °C bis 106 °C, flüssiges Wasser, Spurenelemente, 
und 
bzw. 
als Elektronendonor
Vorkommen der Archaea: 4 % in kontinentalen Böden bis 8 m Tiefe, 39 % in kontinentalen Böden ab 8 m Tiefe, 2 % in Meerwasser, 55 % in
Ozeanböden ab 10 cm Tiefe (Sedimentoberfläche: \(10^9\) bis \(10^{10}\) Zellen pro cm3, hpts. Bakterien, Ozeanboden in 1 km Tiefe: \(10^6\) Zellen pro
cm3, hpts. Archeaa)
Archaea im tiefen Untergrund: Anpassung an extrem niedrige Energieflüsse und an ein extrem langsames Wachstum, Beispiel Tiefsee: 1 Elektron pro Zelle pro Sekunde
wichtigste Reaktionen der Biosphäre: Fotosynthese: 
(globale Primärproduktion 100 TW überwiegend durch zwei Gattungen von Cyanobakterien),
Atmung: 
(FSE −2870 kJ/mol),
Gärung: 
(FSE −390 kJ/mol),
anaerobe Methanoxidation: 
(FSE −18 kJ/mol), zum Vergleich: direkte Methanverbrennung −2480 kJ/mol (15 kJ/mol bis 20 kJ/mol transportiertem 
oder 
ist das geringste Energiequantum, das gerade noch eine ATP-Synthese erlaubt)
freie Standardenthalpie: Energie, die aufgewendet werden muss, um bspw. Oxide zu spalten, sodass freier Sauerstoff entsteht, wird als Spaltungsenthalpie bezeichnet und in kJ/mol ausgedrückt
Plattentektonik und Klima
Gebirge sind -Verbraucher: durch marine Fotosynthese wird die Reaktion 
durchgeführt, wobei sich 
z. B. in Gneis befinden kann und 
Kalkstein heißt, besonders, wenn sich ein Gebirge in Äquatornähe befindet, wird der -Gehalt deutlich gesenkt
Kühlhausfalle: durch die Senkung des -Gehalts (auch z. B. weil nicht genügend aus dem Erdmantel entgast wurde) kann es zu einer dramatischen Temperaturabsenkung kommen, die erste solche fand vor 2,5 Ma statt, zwischen 720 Ma bis 582 Ma gab es drei sehr starke
Vereisungen, bei denen nur ein relativer schmaler Streifen am Äquator nicht vereist war, die komplette Vereisung hätte das Ende der Biosphäre bedeutet, zusätzliche -Entgasung durch Krustenrecycling
ehemaliges aus der Atmosphäre: Teersande, Schwarzschiefer, Erdöl, Erdgas und Gashydrat, Kohle, Kalkstein, Graphitschiefer und graphitische Gneise
Recycling von durch Plattentektonik: kohlenstoffhaltige Gesteine können durch
herausgehoben werden, andererseits können kohlenstoffhaltige Gesteine durch 
tief versenkt werden
Folgen der Plattentektonik: driftende und wachsende Kontinente, wechselnde Verteilung von Land und Meer, wechselnde Strömungs- und Verwitterungsmuster
Plattentektonik und Klima: äquatorparallele Kontinentbarrieren verhindern Nord-Süd-Zirkulation und führen zu globaler Erwärmung, Superkontinente oder Kontinente an den Polen
führen zu globaler Abkühlung, Evolutionsanreize durch ständig wechselnde Umweltbedingungen
Energie
Kohlenstoff-Reservoirs: die größten Kohlenstoff-Reservoirs stellen Karbonate (Kalke) und Biomineralien dar, dann folgen Ozeane und kontinentale Gewässer, Gashydrate, Kohle, Böden, lebende
Biomasse, Atmosphäre, Erdöl, Erdgas und schließlich Torf
Energiedichte geordneter Systeme: Galaxien 1 · 10−4 W/kg, Sterne 5 · 10−4 W/kg, Planeten 8 · 10−3 W/kg, Bakterien
5 · 10−2 W/kg, Tiere 2 · 10−1 W/kg, Säugetiere 1 W/kg, hochtechnisierte Zivilsation 250 W/kg
Nachteile der Verbrennung von Kohlenwasserstoffen: Verbrauch von Ressourcen, Freisetzung von , Abwärme, selbst bei erfolgreicher -Verminderung bleibt das Problem der Abwärme (69 % der technologischen Abwärme werden in Atmosphäre, Hydrosphäre und Böden gespeichert, was eine -unabhängige Nettoerwärmung ergibt)
-neutrale, aber nicht wärmeneutrale Energieerzeugung: Kernkraft, tiefe Geothermie
wärmeneutrale Energiequellen: Sonnenlicht, Gezeiten, Wind und Wellen, Ozeane und flaches Grundwasser, Flüsse
Sonneneinstrahlung: von der Leistung der Sonneneinstrahlung von 178 000 TW gehen knapp 76 % durch Reflexion und Absorption verloren und weitere 23 % durch Verdunstung, womit
1,6 % auf der Erdoberfläche verfügbar sind (0,5 % und 1,1 % auf Kontinenten bzw. Ozeanen)
globale Primärproduktion: beträgt 100 TW und wird überwiegend durch zwei Gattungen von Cyanobakterien bewerkstelligt, der Stoffumsatz im Ozean ist 700 Mal höher
als auf Kontienten
zum Vergleich: der Wärmestrom aus dem Inneren der Erde beträgt 29 TW bis 34 TW, der zivilisatorische Wärmestrom 10 TW
- und niedriger 
-Gehalt im Ozean und in der Atmosphäre (Absturz des Sauerstoffgehalts der Atmosphäre auf \(< \SI [math-rm=\mathit ,text-rm=\itshape ]{15}{\percent }\))