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Klimapingpong auf der frühen Erde

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 22.06.2009 13:58

Schnee oder Matsch? Diese Frage bewegt nicht nur die Wintersportler in den vorweihnachtlichen Alpen, sondern auch Geowissenschaftler, die sich mit der fernen Vergangenheit unseres Planeten beschäftigen. Im Neoproterozoikum, der Zeit vor 1000 bis 550 Millionen Jahren, soll die gesamte Erde mehrfach ein Schneeball gewesen sein, die Meere bedeckt von kilometerdickem Eis, die Kontinente mit vergletscherten Rändern und öde, trockenen Steinwüsten im Inneren. Sie könnte aber auch eher ein Matschball gewesen sein, mit viel Eis auf den Kontinenten und den flachen Meeren, aber mit offener See in Äquatornähe.

Ob Schnee- oder Matschball, das ist keine akademische Frage. Für das Leben von damals war es die Existenzfrage. „Wenn die Erde von so dickem Eis bedeckt gewesen wäre“, erklärt Richard Peltier, Professor für Physik an der Universität Toronto, „dann wäre die Photosynthese in den Ozeanen komplett zum Erliegen gekommen“. Wie das Leben eine solche Krise hätte überdauern und gleichzeitig Kraft schöpfen können für die unmittelbar anschließende kambrische Artenexplosion, ist für seine Begriffe eine offene Frage. Beim offenen Meer des Matschballs hingegen, wäre das Überleben von photosynthesetreibenden Algen kein Problem gewesen. Peltier, der seit langem diese Matschball-Hypothese verficht, legt in der jüngsten „Nature Geoscience“ Modellrechnungen vor, denen zufolge es auf der Erde gar nicht zu einem flächendeckenden Schneeball gekommen sein kann.

 Atkabucht, klein

So wie hier in der Atkabucht in der Antarktis dürfte es auf der Schneeball-Erde überall ausgesehen haben. Foto: AWI

Ein komplexer Regelkreis verhindert, dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre weit genug absinkt, um die Erde in einen umfassenden Eispanzer zu hüllen. Kern dieses Mechanismus ist die gewaltige Menge an Algen in den Ozeanen. Sie entziehen dem Ozean und damit der Atmosphäre mittels der Photosynthese Kohlendioxid, das nur wieder freigesetzt wird, wenn der abgestorbene Algenorganismus in seine Bestandteile zersetzt wird. Und genau dieser Zersetzungsprozess findet verstärkt statt, wenn die Temperaturen fallen.

„Wenn die Oberfläche und der Ozean sich abkühlen, kann das Wasser, in dem zu der Zeit ja gewaltige Mengen Biomasse vorhanden waren, mehr Sauerstoff aufnehmen. Und mit mehr Sauerstoff wird diese Biomasse stärker zersetzt”, so Peltier. Das heißt aber ganz einfach, dass im Ozean und in der Atmosphäre mehr von dem Treibhausgas Kohlendioxid freigesetzt und so das extreme Kühlhaus verhindert wird. „Das ist eine automatische Bremse, die die niedrigen Kohlendioxidniveaus verhindert, die für einen kompletten Schneeball nötig wären“, so Peltier.

Diese Bremse genügte, um der Erde die Chance auf eine Erholung zu lassen, auf den Sprung wieder zurück vom Eishaus ins Treibhaus, in dem irdisches Leben möglich ist. Im Neoproterozoikum hat es einen mehrfachen, geradezu hektischen Wechsel von Eis- und Warmzeiten gegeben, gerade so wie es auch für die jüngste Erdvergangenheit seit 2,6 Millionen Jahren typisch ist. Peltiers Modell konnte dieses Schwanken vom Treib- ins Eishaus und wieder zurück nachbilden, ohne einen zusätzlichen Faktor ins Spiel zu bringen. Diesen Extraspieler brauchen die Verfechter des komplett zugefrorenen Schneeballs Erde nämlich, um unserem Planeten aus dem selbstverursachten Tiefgefrierschrank herauszuhelfen. Helfer in der Not sind bei ihnen starke Vulkanausbrüche, die viel Kohlendioxid in die Atmosphäre blasen und damit den Treibhauseffekt wieder in Gang setzen. Peltier kommt dagegen ohne Vulkane aus: „Wir sind sehr zufrieden, dass unser gekoppeltes Model genau die Wechsel vorhersagen kann.“


Eisschollen, schmal
Offenes Meer hat es auf dem Matschball Erde auch nur am Äquator gegeben. Foto: AWI


Auch ein Matschball Erde ist um Welten stärker vereist gewesen, als die Erde zu den jüngsten Eiszeiten, als die Kontinente der Nordhemisphäre unter dicken Eispanzern verschwunden waren. „In der jüngsten Eiszeit lag der Meeresspiegel 120 Meter unter dem heutigen Niveau, unsere Modellierungen für die globalen Schneeballereignisse zeigen, dass damals der Meeresspiegel mindestens einen Kilometer niedriger lag“, so Peltier. Dennoch hätten zwar gewaltige Gletscher auf den Kontinenten  gesessen und auch die Randmeere wären von dickem Eis bedeckt gewesen, doch in der Nähe des Äquators hätte es offenes Meer gegeben, in das sich Algen und alles, was von ihnen abhing, zurückziehen konnte.

Möglicherweise war der rapide Klimawechsel im Nachhinein sogar ein Segen für das Leben. “Viele von uns Geowissenschaftlern können sich vorstellen, dass es dieser gewaltige Umweltstress war, der das Leben zu Innovationen angestachelt hat”, meint Richard Peltier. Sicher, weil durch zahllose Fossilien belegt, ist, dass unmittelbar nach dem Ende des klimatisch so wechselhaften Neoproterozoikums eine der großen Innovationsphasen des Lebens einsetzte, die kambrische Artenexplosion. Unzählige vielzellige Organismen entstanden, die die Wurzel für unsere heute so vielgestaltige Umwelt legten.



Weitere Informationen:

Die Therie einer Schneeball-Erde wurde bereits in den Sechziger Jahren entwickelt. Auf einem Workshop der ETH Zürich wurde sie erneut heiß dikutiert...mehr.

Verweise
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