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News: Winziges Frostschutzmittel

Einst war unser Planet nicht blau, sondern weiß - begraben unter einer Eisschicht, die den gesamten Globus umfasst haben könnte. Jene Schneeballzeiten haben sich seither nicht wiederholt: Das sich entwickelnde Leben machte dem Eis einen Strich durch die Rechnung.
Vor einer Milliarde Jahre glich unsere Erde einem einzigen Schneeball – und sie brauchte 500 Millionen Jahre, um aus diesem Winterschlaf, in den sie mit Unterbrechungen versunken war, endgültig wieder aufzuwachen. Verantwortlich für die eisigen Pausen war wohl ein Zusammenbrechen des Wechselspiels zwischen dem Ausgasen von Kohlendioxid aus dem Erdinneren und dem Verbrauch des Gases bei Verwitterungsprozessen: Erwärmt sich das Klima, läuft die Verwitterung schneller ab, mehr CO2 wird gebunden, der Gehalt in der Luft sinkt. Dadurch kühlt die Atmosphäre ab, die Verwitterung verlangsamt sich, der CO2-Gehalt steigt wieder und das Ganze geht von vorne los – vereinfacht dargestellt.

Zu Schneeballzeiten allerdings hatten die Gletscher offenbar eine kritische Flächengröße überschritten. Daraufhin stieg die Albedo der Erdoberfläche so stark an, dass sich der Planet rapide abkühlte, die Eisflächen dehnten sich weiter aus und binnen – geologisch gesehen – verblüffend kurzer Zeit waren selbst tropische Regionen eisbedeckt. Da damit auch die Verwitterung vollständig zum Erliegen gekommen war, konnte sich das aus dem Erdinneren entweichende Kohlendioxid ungehindert anreichern und die Erde letztlich wieder in wärmere Zeiten führen – bis zum nächsten Kälterückfall.

Nur – warum hat unser blauer Planet seitdem keine derart umfassende Eiszbedeckung mehr hinter sich bringen müssen? Alles, was dergleichen später noch kam, beschränkte sich auf bestimmte Regionen; eine komplette oder zumindest beinahe vollständige Eishülle jedoch gab es seitdem nicht mehr.

Andy Ridgwell von der University of California in Riverside und seine Kollegen machen nun nach gründlich durchgespielten Rechenmodellen eine Prise Kalk, absinkende Meeresspiegel und das marine Leben – beziehungsweise dessen Fehlen – dafür verantwortlich. Denn in den Zeiten vor dichter Planktonbesiedlung der freien Meere fand Kalkablagerung im Ozean nur in Küstennähe statt: Eingeschwemmte Carbonate von den Festlandsflächen, die sich hier ausfällten und zu Boden sanken. Der heutige Prozess, bei dem Organismen auf hoher See Kohlendioxid aus der Luft binden und zu Kalk verwerten, der dann nach dem Absterben in der Tiefsee verschwindet, existierte damals noch nicht.

Dementsprechend waren die Küstenregionen zu jenen präkambrischen Zeiten gut Carbonat-gesättigt. Nun kommt als weiterer Mitspieler noch die ungleichmäßige Höhenverteilung der Erde ins Spiel: Sinkt der Meeresspiegel, verringert sich damit drastisch die Fläche jener Schelfregionen, in denen die Kalkablagerung ablief – mit dem Effekt, dass die bereits schon sehr Carbonat-reichen Gewässer noch stärker gesättigt wurden. Je höher allerdings der Carbonatgehalt im Wasser ist, desto mehr Kohlendioxid wird gleichzeitig der Atmosphäre entzogen, um das Gleichgewicht zwischen Carbonat, Kohlendioxid und Wasser auf der einen Seite und Hydrogencarbonat auf der anderen Seite aufrecht zu erhalten.

Niedriger Wasserstand bedeutete also mehr Carbonat im Wasser sowie weniger Kohlendioxid in der Luft und damit den Sprung in die Eiszeit. Seit jedoch das Phytoplankton dazu kam – mit dem Beginn des Kambriums vor 540 Millionen Jahren – verfügt unser Planet über einen neuen Puffer: Sinken nun die Meeresspiegel, verlagert sich schlicht die Carbonatablagerung zu großen Teilen in die offenen Meere. Der Kohlendioxidgehalt der Luft gerät bei weitem nicht mehr so stark ins Schwanken, und ein Schneeball droht nicht mehr.

Mit diesem Modell können die Forscher noch einen weiteren Effekt der Schneeballzeiten erklären, der immer noch für Rätsel sorgt. So sind die Vereisungsspuren begleitet von typischen Ablagerungen, so genannten gebänderten Eisensteinen oder banded iron formations, die regelmäßig eine mehrere Meter mächtige "Kappe" aus Kalk tragen. Nach dem Modell von Ridgwell und seinen Kollegen entstanden sie, als sich die Meere nach den Eiszeiten wieder ausdehnten und die alten Schelfbereiche erneut überfluteten: Hier kamen die Carbonate, die sich zu Schneeballzeiten im Ozeanwasser angereichert hatten, nun endgültig zur Ruhe.

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