Archaikum

Juni 9, 2026 Kategorie(n): Erdgeschichte

Das Archaikum – auch als Erdurzeit, Archäikum, Azoikum oder Archäozoikum bezeichnet – ist das Äon bzw. Erdzeitalter, in welchem das Leben begann. Auf der geologischen Zeitskala ist das Archaikum das zweite Äon, beginnend nach dem Hadaikum.

Es begann vor vier Milliarden Jahren und endete vor 2,5 Mrd. Jahren. Betrachtet man die komplette Erdgeschichte, begann das Archaikum etwa 457 Millionen Jahre nach der Entstehung der Erde.

Weiter unterteilt wird das Äon in Eoarchaikum, Paläoarchaikum, Mesoarchaikum und Neoarchaikum (letzter Zeitabschnitt bzw. Ära des Archaikums).

Steckbrief

Was geschah im Archaikum?

Das Archaikum ist das Zeitalters des ersten Lebens auf der Erde. Die Grundlage, dass Leben entstehen konnte, bildet die chemische Evolution. Dabei entstanden die erste organische Substanzen aus anorganischen Material.

Das erste Leben fand auf dem Grund des Meeres statt, da die tödliche UV-Strahlung der Sonne nicht bis zum Meeresgrund durchdringen konnte. Erst gegen Ende des Archaikums bildete sich eine Ozonschicht, welche die gefährliche UV-Strahlung abhielt.

Im Archaikum ereigneten sich einige der größten Impakte der Erdgeschichte. So etwa das Late Heavy Bombardment (LHB), welches auf einen Zeitraum zwischen 4 Mrd. und 3,8 Mrd. datiert ist. Vor etwa 3,6 Mrd. bildete sich der Superkontinent Vaalbara. Intensiver Vulkanismus trug zur Bildung der Erdkruste bei.

Wann begann das Archaikum?

Das Archaikum begann vor vier Milliarden Jahren. Als Superereignis, welches den Übergang von einem Äon zum anderen markiert, wird das Late Heavy Bombardment (kurz: LHB) herangezogen. Dieses ereignete sich vor 4,1 Mrd. bis vor 3,8 Mrd. Jahren. Demnach wird in einiger Literatur der Beginn des Archaikums auch auf den späteren Zeitpunkt (vor 3,8 Mrd. Jahren) verschoben.

Beim großen Bombardement trafen eine unverhältnismäßig große Anzahl von Asteroiden auf die Erde. Die Einschläge sind durch die Plattentektonik längst getilgt wurden und nicht mehr sichtbar. Doch auf dem Mond sind diese als Mondkrater heute noch sichtbar.

Wie heiß war die Erde im Archaikum?

Zu Beginn des Archaikums herrschten Temperaturen von bis zu 100 Grad auf der Erdoberfläche. Dies war eine Folge des Late Heavy Bombardment. Denn bei jedem Impakt wandelte sich die kinetische Energie des Kollisionskörpers in thermische Energie. Die Erde war demnach richtig aufgeheizt. Im Mesoarchaikum wurde es dann etwas kühler. Auf der Erdoberfläche waren Temperaturen zwischen 60 und 80 Grad. Trotz der hohen Temperaturen konnten sich thermophile Prokaryoten bilden.

Wie wird das Archaikum unterteilt

Das Archaikum wird in mehrere Ären unterteilt.

• Eoarchaikum (vor 4 – 3,6 Mrd. Jahren, Dauer 400 Mio. Jahre)
• Paläoarchaikum (vor 3,6 – 3,2 Mrd. Jahren, Dauer 400 Mio. Jahre)
• Mesoarchaikum (vor 3,2 – 2,8 Mrd. Jahren, Dauer 400 Mio. Jahre)
• Neoarchaikum (vor 2,8 – 2,5 Mrd. Jahren, Dauer 300 Mio. Jahre)

Eoarchaikum

Das Eoarchaikum ist die früheste Phase der Erde, aus welchem Gesteinsschichten erhalten sind. Die größten Gesteinsschichten sind der Isua-Gneis an der Südwestküste Grönlands (Alter: 3,8 Mrd. Jahre), die Acasta-Gneise im Kanadischen Schild und der Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel an der Hudson-Bay in Kanada (Alter: 4,4 Mrd. Jahre).

Zu dieser Zeit gab es bereits Ozeane und einen Wasserkreislauf. Allerdings existierte noch kein Sauerstoff in der Atmosphäre. In dieser Zeit bildeten sich erste Lebensformen von Prokaryoten (Einzeller ohne Zellkern). Am Ende des Eoarchaikums bildete sich der Superkontinent Vaalbara.

3D Illustration des Superkontinentes Vaalbara

Paläoarchaikum

Während des Paläoarchaikums entstanden die ersten Archaea (Urbakterien) und Cyanobakterien. Eine Studie ergab, dass im Isua-Gneis von Grönland vor rund 3.420 Mio. Jahren bakterielles Leben existierte. Vor 3,5 Mrd. Jahren entstanden die ersten Stromatolithen (biogene Sedimentgesteine). Erste Organismen, welche Photosynthese betrieben, kamen vor etwa 3,4 Mrd. Jahren dazu.

Stromatolithen waren die ersten durch Organismen aufgebauten Gebilde

Mesoarchaikum

Im Mesoarchaikum setzte die moderne Plattensubduktion ein. Dabei taucht die ozeanische Lithosphäre (Erdmantel und Erdkruste) unter den Rand einer tektonischen Platte (kontinentale Erdkruste). Dadurch kommt es zur Bildung von Gebirgen, Inselbögen und Vulkanen. Denn das Wasser, welches beim Abtauchen der ozeanischen Kruste freigesetzt wird, senkt den Schmelzpunkt des Mantelmaterials. Dadurch entsteht Magma, welches wiederum aufsteigt und Vulkane bildet.

Darstellung einer Plattensubduktion

Durch die Plattensubduktion wuchs die Erdkruste zwischen 3500 und 2000 Millionen Jahre am raschesten. Die Erdatmosphäre des Mesoarchaikums hatte hohe Anteile an Methan und Kohlendioxid, was die hohen Temperaturen dieses Zeitabschnittes erklärt. Am Ende des Mesoarchaikums kam es zu einen rapiden Anstieg von Sauerstoff. Denn Cyanobakterien gehen zu einer oxygenierten Photosynthese über, wodurch mehr Sauerstoff freigesetzt wird.

Neoarchaikum

Im Neoarchaikum wurde das Leben komplexer. Wohlmöglich traten die ersten Eukaryoten in diesem Zeitalter auf. Die Plattentektonik setzt nun vollständig ein, wodurch der Superkontinent Valbaana in mehrere neue Superkontinente zerfällt. Die Ursache ist ein einzigartiger Magmatismus, welcher als Spätarchaisches Superereignis bezeichnet wird.

Dieses Superereignis setzte vor 2.700 Mio. Jahren ein und endete vor 2,5 Mrd. Jahren. Dies förderte ein enormes Krustenwachstum, wodurch etwa 40 Prozent der heutigen Erdkruste entstehen. Es entstehen Kenorland, Superia und Sclavia als neue Superkontinente. Der Vulkanismus sorgt für eine hohe Methanfreisetzung.

Wie konnten die Lebewesen entstehen?

Eine schöne Redewendung besagt, dass wir alle aus Sternenstaub bestehen. Und das ist wahr. Denn jedes Lebewesen besteht aus chemischen Elementen. Die drei Urelemente Wasserstoff, Lithium und Helium entstanden bereits beim Urknall vor 13,8 Mrd. Jahren. Aus ihnen wurden die ersten Sterne geformt.

In diesen älteren Sternen verschmolzen Helium und Wasserstoff. Dabei entstanden schwerere Elemente, wie Kohlenstoff, Eisen, Stickstoff oder Sauerstoff. Und jene Elemente bilden die Grundstoffe des Lebens auf der Erde. Als die älteren Sterne ihren Energievorrat verbrannt hatten, kam es zur Explosion – welche in der Wissenschaft als Supernova bezeichnet wird.

Bei einer solchen Supernova wurden die Elemente ins All geschleudert. Über Jahrmilliarden entstanden so neue Sterne, neue Planeten und das Sonnensystem, in welchem sich die Erde befindet.

Sämtliche chemischen Elemente, welche auf der Erde vorhanden sind, kann man überall im Weltall finden. Aber aus ihnen entstand auf der Erde das Leben, welches im Universum eine Rarität darstellt. Denn die chemischen Elemente mussten sich zu organischen Substanzen vereinen. Und dies war, laut heutigen Kenntnisstand – etwas höchst Einzigartiges im Universum. Möglich wurde dies durch die chemische Evolution.

Chemische Evolution

Die Theorie zur chemischen Evolution besagt, dass in der Uratmosphäre vor vier Milliarden Jahren die ersten organischen Substanzen erschaffen wurden. Aus einfachen chemischen Elementen wurden so die Bausteine des Lebens erzeugt. Demnach war dies der Urknall des Lebens.

Heute gleicht jede biologische Zelle einem Chemielabor, welches anorganisches Material in Lebensbausteine (organisches Material) umwandeln kann. Aber vor dem Entstehen des ersten Lebens existierten auch noch keine Zellen und somit keine biochemischen Labore.

Die Wissenschaft steht deshalb vor einem Henne-Ei-Problem. Übersetzt heißt das: Was war zuerst da, das Huhn (Lebewesen) oder das Ei (organische Substanz)?

Ein DNA-Molekül besteht aus rund 7,7 Mrd. Atomen. Allerdings besteht jedes dieser Biomoleküle gerade einmal aus fünf Elementen: Kohlenstoff, Sauerstoff, Stickstoff, Wasserstoff und Phosphor.

Noch im 19. Jahrhundert waren Wissenschaftler davon überzeugt, dass es eine spirituelle Lebenskraft benötige, um Leben herzustellen. Doch 1828 wendete sich das Blatt. Denn der deutsche Chemiker Friedrich Wöhler schaffte es, organischen Harnstoff im Labor herzustellen. Dazu verwendete Blausäure und Ammoniak.

Der künstlich erzeugte Harnstoff von Wöhler war nicht vom Harnstoff, welche Lebewesen im Urin ausscheiden, zu unterscheiden. Damit war die Grundlage zur Erforschung der chemischen Evolution gelegt worden.

Chemo-Evolution der Uratmosphäre

Die Theorie, wie es zum Urknall des Lebens gekommen sein könnte, lautet wie folgt: Im Urmeer verdunstet Wasser und steigt als Wasserdampf in die Uratmosphäre auf.

Durch Blitze werden chemische Reaktionen hervorgerufen, welche dazu führen, dass neue Reaktionsprodukte entstehen. Das Wasser in der Atmosphäre kondensiert schließlich zu Niederschlag und regnet sich über den Urozean ab.

Somit gelangen die Reaktionsprodukte ins Meer, wo sich dann einfache Aminosäuren als Ausgangsprodukte des Lebens entwickeln konnten. Es entsteht somit eine Art Ursuppe oder Urschleim im Meer, welche die Möglichkeit zur Entstehung des Lebens in sich trägt.

Miller-Urey-Nachweis

Den Nachweis, dass organische Substanzen vor den Lebewesen erschaffen wurden, lieferte das Miller-Urey-Experiment im Jahr 1953. Das Experiment fand im Labor der Universität von Chicago statt. Dabei wurden die Umweltbedingen, welche am Ende des Hadaikums bzw. zu Beginn des Archaikums auf der Erde vorherrschten, simuliert.

Zuerst wurde ein Gasgemisch – welches der Erdatmosphäre vor vier Mrd. Jahren entsprach – einem Lichtbogen ausgesetzt. Jenes Gasgemisch bestand aus Kohlendioxid, Methan, Ammoniak und Wasserstoff.

Der Lichtbogen sollte einen Blitz simulieren, welcher in der Lage war – die Gasmoleküle in hochreaktive freie Radikale aufzuspalten. Kurzum: Es sollten durch die elektrische Ladung der Blitze diverse chemische Reaktionen stattfinden.

In einem zweiten Kolben wurde Wasser erhitzt, wodurch Wasserdampf entstand. Dies sollte die Simulation eines Urozeans entsprechen. Der Aufbau des Miller-Urey-Experiments glich dem Aufbau einer Urerde im Labor. Dabei wurde der ganze frühirdische Wasserkreislauf auf einfache Weise nachgebaut.

Nach einigen Tagen Reaktionszeit geschah etwas Unglaubliches. Der Urozean verfärbte sich. Es bildeten sich einfache Biomoleküle, wie die Aminosäure Glycin. So entstand eine Art Ursuppe des Lebens. Damit war der Beweis erbracht, dass einfache Bausteine des Lebens in einem Labor erzeugt werden können.

Jene Labor-Urwelt lieferte aber nur den Beweis, dass einfache Aminosäuren vor etwa 4 Mrd. Jahren entstanden sein könnten. Aber von der Herstellung echten Lebens, welches sich vervielfältigen und durch biologische Evolution immer wieder anpassen kann, war die Wissenschaft noch weit entfernt. Die Kernfrage blieb: Wie wird aus unbelebten chemischen Bausteinen echte belebte Materie?

Welchen Beitrag lieferte der Vulkanismus für die Entstehung des Lebens?

Beim Ausbruch eines Vulkans entsteht eine Eruptionssäule, bestehend aus Vulkanasche. Wenn unterschiedlich große Aschepartikel in der Eruptionssäule interagieren, entstehen sogenannte Vulkanblitze. Und diese Blitze könnten die nötige Energie geliefert haben, damit die chemische Reaktion in der Uratmosphäre stattfinden konnte.

Der intensive Vulkanismus im Archaikum könnte demnach dazu geführt haben, dass aus einfachen chemischen Materialien komplexere Strukturen – wie Glycin und Alanin (beides Aminosäuren), aber auch Vorstufen von Cyanwasserstoff (Blausäure) entstehen konnten.

Jener Cyanwasserstoff kann in wässriger und eisiger Umgebung komplexe Moleküle bilden. So fand man in Laboren heraus, dass Cyanwasserstoff-Polymere Bausteine erzeugen, die für RNA- und Protein-Vorlaufstoffe relevant sind.

Wie entwickelten sich die Cyanobakterien im Archaikum?

Vor etwa 3,5 Mrd. Jahren begann die biologische Evolution der Lebewesen und somit die Biologie. Die ersten Organismen, welche Photosynthese betrieben, kamen vor etwa 3,4 Mrd. Jahren dazu. Diese waren Vorläufer der Cyanobakterien.

Vorfahren heutiger Cyanobakterien (Blaualgen) konnten Sonnenenergie in ihren Stoffwechsel einbringen und dadurch körpereigene Betriebsstoffe (Energielieferanten) herstellen. Ein Nebenprodukt war Sauerstoff

Wohlmöglich sind die späteren Cyanobakterien durch eine Fusion von zwei verschiedenen photosynthetisch aktiven Bakterienzellen entstanden. Die eine Bakterienart besaß das Photosystem I, die andere das Photosystem II.

Sicherlich brachten diese beiden Photosysteme für die Bakterien zunächst keinen Vorteil, da sie unabhängig voneinander arbeiteten. Doch vor etwa 3,2 Mrd. kam es, wohlmöglich durch Mutation, zu einer Zusammenarbeit beider Photosysteme. Fortan übertrug Photosystem I die angeregten Elektronen auf das Photosystem II, wie es Chloroplasten heutiger Pflanzen tun.

Für die Cyanobakterien ergab sich dadurch ein enormer Vorteil. Denn fortan konnten sie das Wasser, welches im Überfluss vorhanden war, als Elektronen- und Protonenquelle nutzen.

Diese Anpassung bewirkte, dass im Mesoarchaikum der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre, gegenüber vergangener Ären deutlich zu nahm. Am Ende des Neoarchaikums war der Sauerstoffgehalt so groß, dass es an der Archaikum-Proterozoikum-Grenze zur Großen Sauerstoffkatastrophe kam.

Wie entstanden die Stromatolithen im Archaikum?

Stromatolithen sind Gesteinsformationen aus Kalksteinablagerung von Cyanobakterien. Diese Bakterien bleiben nach ihre Teilung aneinander hängen und bilden Fäden. Und diese Fäden verkleben zu Matten.

Sie können somit Sedimentpartikel im Wasser einfangen und festhalten, so dass sich eine Sedimentschicht bildet. Dann wachsen die Bakterien durch die Sedimentschicht hindurch und bilden an deren Oberfläche eine neue Matte. Nach mehreren Wachstumszyklen entstehen so massive Gebilde.

Stromatolithen am Lake Thetis in Westaustralien

Die ältesten Stromatolith-Gebilde der Welt sind die Warrawoona Group des Pilbara-Kratons im nördlichen Westaustralien. Diese sind auf ein Alter von 3,5 Mrd. Jahre datiert und somit die ältesten gesicherten fossilen Nachweise von Leben auf der Erde.

Wie entwickelten sich die Eukaryonten am Ende des Archaikums?

Laut der Endosymbiontentheorie von Lynn Margulis (1938-2011) fraßen Vorfahren der Eukaryonten prokaryotische Bakterien. Eukaryonten sind Lebewesen mit Zellkern, zu denen heutige Tiere und Pflanzen gehören. Und Prokaryonten sind Lebewesen ohne Zellkern, zu denen die Bakterien und die Urbakterien (Archaeen) gehören.

Fressen konnten die Vorfahren der Eukaryonten die prokaryotischen Nachbarn, indem sie diese mit ihre Zellmembran umflossen. Solchen Fressvorgang bezeichnet man in der Cytologie als Phagocytose. Auch die Fresszellen im heutigen Immunsystem betreiben Phagocytose. Aber die eukaryontischen Zellen haben die prokaryotischen Nachbarn nicht verdaut. Stattdessen lebten die Prokaryonten in den Vorfahren der Eukaryonten weiter.

Für die aufgenommenen Prokaryonten hatte dies den Vorteil, dass sie innerhalb der Schutzhülle der größeren Lebewesen lebten. Diese wurden nicht gefressen, wodurch auch die Prokaryonten sicher vor Fressfeinden waren. Im Inneren der Schutz-Zelle betrieben die Prokaryonten ihren Stoffwechsel weiter. Somit versorgten sie den Wirt mit Energie oder Nährstoffen, wodurch beide Lebewesen von der Symbiose profitieren.

Die Chloroplasten, die Mitochondrien und Plastiden höherer Lebewesen entwickelten sich wohlmöglich auf diese Weise. Da aber zu diesem Zeitpunkt auch die Wirtszelle immer noch prokaryotisch, also ohne Zellkern, war – schwamm die DNS des Wirts ungeschützt in der Zelle umher. Um die DNS vor den Abfallprodukten des Symbionten zu schützen, bildeten die Wirtszellen einen Zellkern. Jene Lebewesen mit Zellkern wurden dann die Vorfahren der Tiere, Pilze und Pflanzen.

Endosymbiose von Chloroplasten und Mitochondrien

Wie veränderte sich die Atmosphäre im Archaikum?

Zu Beginn des Archaikums war in der Erdatmosphäre noch kein Sauerstoff enthalten. Die Uratmosphäre bestand aus Kohlendioxid, Methan, Ammoniak und Stickstoff.

Erst im Paläoarchaikums, also rund 600 Mio. Jahre später, kamen die Vorläufer der Cyanobakterien auf. Diese konnten mithilfe von Lichtenergie ihre Zellorganellen so stimulieren, dass sie Kohlendioxid in Sauerstoff wandeln konnten. Durch den Stoffwechsel gewannen sie Energie.

Der Sauerstoff war ein Abfallprodukt dieses Stoffwechsels, bewirkte aber – dass die Erde in einer Sauerstoff-Welt überging. Am Ende des Archaikums war der Sauerstoffgehalt im Meerwasser und in der Erdatmosphäre so groß, dass es an der Archaikum-Proterozoikum-Grenze zur Großen Sauerstoffkatastrophe kam.

Wie funktionierte Plattentektonik im Archaikum?

Im Archaikum war der Erdmantel etwa 150 bis 200 Grad heißer als heute. Dies führte zu häufigen Mantelschmelzen, aber auch dazu, dass die ozeanische Kruste weitaus dünner war. Die Krustenbereiche brachen somit schneller auf und sanken schneller ab.

Analysen von Gesteinen aus Pilbara (Australien) zeigen, dass die australische Platte sich jedes Jahr um 12 cm polwärts bewegte. Dies ist der älteste Nachweis für Plattentektonik.

Die frühe Plattenbewegung war höchst wichtig. Denn sie transportierte Wasser und Mineralien in die Tiefe. Gleichzeitig half sie dabei die Erde abzukühlen. Die chemischen Kreisläufe begünstigten die Entstehung und die Erhaltung von Leben im Archaikum.

Zeitleiste

Zeitraumangaben in Ma (Jahrmillion)	Ereignis
vor 4.000 Ma	Beginn des Eoarchaikums, der ersten Ära des Archaikums
vor 4.000 Ma	Die Gegenwart von flüssigen Wasser könnte möglich gewesen sein.
vor 3.800 Ma	Late Heavy Bombardment: Möglichweise schlug eine unverhältnismäßig große Anzahl von Asteroiden auf den Planeten ein.
Darstellung des Szenarios eines Late Heavy Bombardments
vor 3.800 Ma	Frühester möglicher Beginn der chemischen Evolution. Die Ursuppe bzw. der Urschleim entsteht.
In der Ursuppe verlief die chemische Evolution, welche die Entstehung des Lebens (Biogenese) ermöglichte
vor 3.600 Ma	Beginn des Paläoarchaikum (zweite Ära des Archaikums)
vor 3.600 Ma	Bildung des ersten Superkontinents Vaalbara
Der Superkontinent Vaalbara entstand im Neoarchaikum und überdauerte bis ins Paläoproterozoikum
vor 3.530 Ma	Abschluss der Erdkrustenbildung in ihrer geochemischen Struktur.
vor 3.500 Ma	Früheste Anzeichen für Plattentektonik, welche allerdings nur regional erfolgen.
vor 3.500 Ma	Entstehung von Stromatolithen und eindeutigen Lebensformen
Stromatolithen
vor 3.500 Ma	Das Krustenwachstum (Erdkruste) wird rasanter.
vor 3.400 Ma	Erste photosynthesierende Organismen treten auf.
Die Vorfahren heutiger Cyanobakterien (im Volksmund Blaualgen) waren die ersten Lebewesen, welche Sauerstoff herstellten
vor 3.200 Ma	Beginn des Mesoarchaikums (dritte Ära des Archaikums)
vor 3.200 Ma	Beginn der modernen Plattensubduktion, was zu einem Magmatismus, Vulkanismus und zu einem raschen Wuchs der Erdkruste führte.
Bei einer Plattensubduktion taucht die ozeanische Platte unter die kontinentale. Beim Abtauchen wird Wasser freigesetzt, welches zur Magmabildung beiträgt. Wenn das Magma aufsteigt, entstehen Vulkane, Inselbögen und Gebirge.
vor 3.000 Ma	Das thermische Maximum im Wärmehaushalt der Erde wurde erreicht. Zuvor war der Wärmeverlust immer höher als die Wärmeerzeugung.
vor 3.260 Ma	Ein möglicher Meteoriteneinschlag könnte die Erde getroffen haben, welcher in der Forschung als S 2-Einschlag bezeichnet wird. Dieser Impakt war möglicherweise 50 bis 200 so groß wie der Chicxulub-Meteorit, welcher die Dinosaurier vernichtete.
vor 2.800 Ma	Beginn des Neoarchaikums (vierte Zeitalter des Archaikums)
vor 2.700 Ma	Valbaana zerfällt durch das Spätarchaische Superereignis, bei dem ein intensiver Puls magmatischer Aktivität stattfindet. Eine Ursache des enormen Magmatismus ist möglichweise eine katastrophale Umwälzung des Erdmantels. Bedingt durch diesen Vulkanismus wurden enorme Mengen von Methan freigesetzt. Außerdem entstehen aus dem Superkontinent Valbaana mehrerer neue Superkontinente (Kenorland bzw. Superia und Sclavia). Dieses Großereignis dauerte bis vor 2500 Mio. Jahren an.
vor 2.500 Ma	Explosionsartiger Anstieg der Mikroben, darunter auch methanotrophen Bakterien. Diese Bakterien sind in der Lage, Methan zu Kohlenstoffdioxid und Wasser zu oxidieren. Dies bewirkt langfristig, dass das Treibhausgas Methan durch das schwächere Treibhausgas Kohlendioxid ersetzt wird. Wenn der Treibhauseffekt fehlt, wird die thermische Energie nicht hinreichend auf der Erde gehalten und es wird kälter. Der Anstieg des Sauerstoffs in der Atmosphäre löst die Große Sauerstoffkatastrophe zu Beginn des Proterozoikums aus, welche dann in die Huronische Eiszeit mündet.