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Geologie: Der Thermostat der Erde

Ein faszinierender Regelkreislauf hält natürliche Emissionen von CO2 aus Vulkanismus und dessen Verbrauch durch Gesteinsverwitterung in einer Balance. Damit reguliert er das Erdklima. Modernste Isotopenmessungen verraten, wieso sich die Erde trotzdem in den letzten 15 Millionen Jahren bis zur Eiszeit abkühlte.
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Die Erde ist ein ganz besonderer Planet: Schon fast seit Beginn ihrer Geschichte vor viereinhalb Milliarden Jahren enthält sie flüssiges Wasser. Ein Glück, denn wäre alles davon gefroren – wie derzeit auf unserem eiskalten Nachbarplaneten Mars –, hätte sich kein Leben entwickelt. Befände sich andererseits alles Wasser als Dampf in der Atmosphäre, gäbe es ebenfalls keine Lebe­wesen, denn dann würde durch Ultraviolettstrahlung von der Sonne der Wasserdampf in Wasserstoff und Sauerstoff gespalten, die in das Weltall entweichen würden. Das gesamte Wasser wäre längst verschwunden, wie auf unserer 470 Grad heißen Nachbarin Venus. Hingegen befindet sich die Oberfläche der Erde schon lange in dem für Leben geeigneten Temperaturintervall zwischen 0 und 100 Grad Celsius.

Anhand eines einfachen Wärmebudgets für die Erde sieht man schnell, dass die hier herrschenden lebenserhaltenden Temperaturen keineswegs selbstverständlich sind. An der Erdoberfläche ist die hauptsächliche Wärmequelle die Sonnenstrahlung. Angenommen, die Erde wäre ein perfekter Schwarzkörper, der alles Licht absorbiert, dann läge die Temperatur an der Erdoberfläche bei fünf Grad Celsius. Unser Planet ist allerdings kein perfekter Schwarzkörper, denn weiße Wolken, Gletscher und helle Wüsten­böden reflektieren Sonnenlicht zurück in das Weltall. Diese hellen Flächen bezeichnet man zusammengenommen als die Albedo der Erde. Berechnet man diese Wärmerückstrahlung mit ein, kommt man auf eine Erdtemperatur von minus 18 Grad Celsius, bei der alles Wasser gefroren und Leben unmöglich wäre.

Dass auf der Erde heute jedoch eine angenehme Durchschnittstemperatur von rund 15 Grad herrscht, verdanken wir …

März 2020

Dieser Artikel ist enthalten in Spektrum der Wissenschaft März 2020

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  • Quellen

Archer, D., Brovkin, V.: The millennial atmospheric lifetime of anthropogenic CO2. Climatic Change 90, 2008

Berner, R. A., Caldeira, K.: The need for mass balance and feedback in the geochemical carbon cycle. Geology 25, 1997

Caves Rugenstein, J. K. et al.: Neogene cooling driven by land surface reactivity rather than increased weathering fluxes. Nature 571, 2019

Galvez, M. E., Gaillardet, J.: Historical constraints on the origins of the carbon cycle concept. Comptes Rendus Geoscience 344, 2012

Von Blanckenburg, F., Bouchez, J.: River fluxes to the sea from the ocean's 10Be/9Be ratio. Earth and Planetary Science Letters 387, 2014