Die Geschichte der Schneeball Erde

Uralte Gesteine ​​deuten darauf hin, dass unser Planet mindestens zweimal vollständig von Eis bedeckt war. Diese Theorie könnte helfen, die darauffolgende Entstehung komplexen Lebens zu erklären.

Von Laura Poppick 19.03.2019

Die Erde hat in ihrer 4,5 Milliarden Jahre alten Geschichte viele Veränderungen erlebt, mit einigen turbulenten Wendungen. Ein besonders dramatisches Ereignis ereignete sich offenbar vor 700 bis 600 Millionen Jahren, als Wissenschaftler vermuten, dass Eis den gesamten Planeten von den Polen bis zum Äquator bedeckte – zweimal kurz hintereinander.

Wissenschaftler, die sich auf Belege aus mehreren Kontinenten stützen, gehen davon aus, dass diese Schneeball-Erde-Ereignisse möglicherweise den Weg für die darauf folgende Explosion des Lebens im Kambrium geebnet haben – die Periode, in der komplexe, mehrzellige Organismen begannen, sich zu diversifizieren und über den Planeten auszubreiten.

Als der Caltech-Geologe Joe Kirschvink 1989 den Begriff „ Schneeball-Erde“ prägte – und damit Ideen vereinte, über die einige Geologen, Klimaphysiker und Planetenchemiker schon seit Jahrzehnten nachgedacht hatten –, waren viele Geowissenschaftler skeptisch, ob diese kataklysmischen Ereignisse tatsächlich stattgefunden haben könnten. Doch mit zunehmenden Beweisen für die Theorie und neuen Daten, die helfen, den Zeitpunkt der Ereignisse zu bestimmen, haben sich immer mehr Wissenschaftler für die Idee begeistert.

Paul Hoffman , Geologe an der University of Victoria in British Columbia, hat in den vergangenen 25 Jahren Pionierarbeit in der Schneeball-Erde-Forschung geleistet. Unter anderem führte er 50 Monate lang Feldforschung in Namibia durch, wo er in mit Kalkstein durchsetztem Gestein Hinweise auf urzeitliche Gletscheraktivität sammelte. Da sich Kalkstein tendenziell in den wärmsten Teilen des Ozeans bildet, stützt dieses sandwichartige Muster die Theorie, dass während Schneeball-Erde-Episoden die gesamte Erde, sowohl kalte als auch warme Gebiete, von Gletschern bedeckt war. Knowable sprach mit Hoffman, der im Annual Review of Earth and Planetary Sciences über sein Lebenswerk berichtet , über die Entwicklung der Schneeball-Erde-Theorie und welche Fragen noch offen sind. Dieses Gespräch wurde aus Gründen der Länge und Klarheit gekürzt.

Wie sah der Planet während der Schneeball-Erde aus?

Der Name beschreibt sein Aussehen aus dem Weltall – eine glitzernd weiße Kugel. Die Eisoberfläche ist größtenteils mit Reif und winzigen Eiskristallen bedeckt, die sich in der kalten, trockenen Luft abgesetzt haben, die überall weit unter dem Gefrierpunkt liegt. In niedrigen Breitengraden heulen stürmische Winde. Unter dem schwimmenden Schelfeis befindet sich ein dunkler, salziger Ozean, der ständig von Gezeiten und turbulenten Wirbeln aufgewühlt wird, die durch die langsam vom Meeresboden eindringende Erdwärme erzeugt werden.

Was war der erste Hinweis für die Geologen, dass dies passiert sein könnte?

Geologen hatten Mühe zu verstehen, was sie in den geologischen Aufzeichnungen entdeckt hatten – nämlich, dass es kurz vor dem ersten Auftreten komplexen Lebens selbst in den wärmsten Gebieten der Erde eindeutige Hinweise auf Vereisung gab. Wie das möglich war, konnten sie kaum begreifen.

Die Ablagerungen, die Gletscher hinterlassen, sind sehr charakteristisch. Sie sehen aus wie Zement, der aus einem Zementlaster gekippt wurde. Diese Schneeball-Eisschichten flossen von den Kontinenten ins Meer, daher gibt es viele Ablagerungen im Meer, die sogenannte Dropstones enthalten: Kieselsteine ​​oder Felsbrocken, die nicht an ihrem Platz sind. Sehr oft sieht man Strukturen, die mit dem Aufprall in Verbindung stehen, als ob der Stein fallen gelassen und dann in das darunterliegende Sediment gestoßen worden wäre. Es ist schwer vorstellbar, was außer schwimmendem Eis diese Trümmer transportiert haben könnte; Bäume, die Erde und Steine ​​mit ihren Wurzeln ins Meer tragen können, hatten sich damals noch nicht entwickelt.

Wie sind Sie dazu gekommen, diese Hypothese zu untersuchen?

Ich kannte die Hypothese schon, bevor ich selbst Interesse an der Arbeit an dem Problem hatte. Joe Kirschvink vom Caltech erzählte mir 1989, einige Monate nachdem er die Idee hatte, davon, aber er setzte sie damals nicht weiter um. Mir gefiel sie, weil ich Ideen mag, aber es gab ein Glaubwürdigkeitsdefizit, sodass die Hypothese vor unserer Arbeit brachlag.

Das größte Problem bestand darin, dass wir die Auswirkungen der Hypothese nicht gut genug verstanden, um zu beurteilen, ob ein bestimmter geologischer Beweis dafür oder dagegen sprach, da die Bedingungen so anders waren als zu jeder anderen Zeit der Erdgeschichte. Wir brauchten Klimamodelle, um zu sehen, was unter Schneeballbedingungen tatsächlich passiert. Diese später entwickelten Modelle waren äußerst wichtig.

Mein Hauptbeitrag bestand darin, die glaubwürdige wissenschaftliche Hypothese zu belegen. Ich argumentierte aus verschiedenen Disziplinen der Geowissenschaften, dass es zahlreiche geologische Belege gebe, die mit den Vorhersagen übereinstimmten. Wie ich oft sage: Neue Ideen oder Hypothesen sind wie kleine Kinder: Man sollte sie nicht zu früh verurteilen, da man nicht weiß, wie sie als Erwachsene aussehen werden. Das Problem mit neuen Ideen ist oft nicht, dass sie falsch sind, sondern dass sie unvollständig sind.

Was hat diese Ereignisse ausgelöst?

Das ist die „Warum“-Frage und vielleicht die schwierigste. Ich glaube, darüber herrscht kein Konsens. Es gibt eine Reihe von Faktoren, die dazu beigetragen haben, und ich denke, es ist sinnvoll, dies aus zwei Perspektiven zu betrachten. Erstens: Welche allgemeinen Bedingungen führten zu einem kälteren Klima und machten die Erde dadurch anfälliger für dieses unkontrollierte Eiswachstum? Und was war der unmittelbare Auslöser, der das Phänomen zum Absturz brachte?

Als die Schneeball-Ereignisse stattfanden, war der Superkontinent Rodinia gerade dabei, auseinanderzubrechen . Ein Superkontinent ist ein Zustand, in dem alle Kontinente zu einer Gruppe zusammengefasst sind. Man vermutet einen Zusammenhang, weil der Zerfall eines Superkontinents die Niederschläge in den kontinentalen Gebieten erhöhen und damit die Verwitterung der Kruste beschleunigen würde. Die Verwitterung von Gestein verbraucht Kohlendioxid, was zu weniger Kohlendioxid in der Atmosphäre und damit zu einem kälteren Klima führen würde.

Was den unmittelbaren Auslöser betrifft, so richtete sich die Aufmerksamkeit in den letzten Jahren auf eine Reihe sehr großer Vulkanausbrüche in der heutigen Hocharktis Kanadas. Diese Ausbrüche ereigneten sich vor etwa 717 bis 719 Millionen Jahren. Bei Feuerfontänen – Lava, die über einen Zeitraum von Wochen oder Monaten an einer Stelle austritt – kommt es durch die Erwärmung der Lava zu einem starken thermischen Auftrieb in der Atmosphäre. Dieser Auftrieb kann Schwefelaerosole in die Stratosphäre befördern, wo sie längere Zeit verbleiben. Diese Schwefelgaspartikel reflektieren die Sonnenstrahlung und haben eine stark kühlende Wirkung. Da diese Ausbrüche zeitlich mit der ersten und längeren der beiden Schneeball-Erden zusammenfielen, wurde vermutet, dass dies der unmittelbare Auslöser gewesen sein könnte.

Wie sah das Leben auf der Erde damals aus und wie veränderte es sich infolge dieser Ereignisse?

Es gab sicherlich Bakterien und es gab auch Algen und einzellige primitive Tiere oder Protisten.

Es gibt auch Hinweise darauf, dass zu dieser Zeit die ersten mehrzelligen Tiere entstanden, wahrscheinlich Schwämme. Warum, ist Spekulation: Es gibt verschiedene Theorien dazu, die sich aber nur schwer überprüfen lassen. Eine Theorie besagt, dass die Ökosysteme auf der Schneeball-Erde möglicherweise stärker voneinander isoliert waren. Dies könnte die Entwicklung neuer Lebensformen begünstigt haben, insbesondere altruistischer – Lebensformen, deren Zellen die Zusammenarbeit gegenüber der Einzelarbeit als vorteilhaft erachten. Eine stärkere Isolation verschiedener Ökosysteme könnte es bestimmten Ökosystemen mit einem höheren Anteil dieser mehrzelligen Altruisten ermöglicht haben, Fuß zu fassen.

Wie wurde die Schneeballtheorie von anderen Geologen aufgenommen?

Ich glaube, ich habe unterschätzt, wie emotional die Menschen darauf reagieren würden und wie sehr sie sich an die Vorstellung klammerten, dass die Erde nie wirklich so anders war als heute. Im 19. Jahrhundert fiel es den Menschen schwer zu glauben, dass der größte Teil Nordeuropas und Nordamerikas vor nur 20.000 Jahren von einer Eisdecke bedeckt war . Das war für einen Geologen des 19. Jahrhunderts genauso schwer zu akzeptieren wie die Schneeball-Erde für Geologen des 20. Jahrhunderts.

Lange Zeit gab es zahlreiche Belege für Vereisungen in niedrigen Breitengraden und in den wärmsten Regionen der Erde, aber wir hatten keine genaue Vorstellung vom Zeitpunkt dieser Ereignisse. Das war ziemlich peinlich. Doch zwischen 2010 und 2014 änderte sich die Situation dramatisch. Wir verfügen nun über ziemlich präzise Schätzungen aus zwei sehr unterschiedlichen Datierungsmethoden, und es ist beeindruckend, dass sie so konsistente Ergebnisse liefern. Ich denke, die Zeitskala hat dazu geführt, dass die Mehrheit der Geologen, die sich mit diesem Problem befassen, die Schneeballhypothese akzeptiert.

Im Laufe der Jahre sind alternative Theorien entstanden, darunter die sogenannte Slushball-Theorie – eine weniger extreme Version der Schneeball-Erde. Wie hilft die Festlegung der Daten bei der Klärung dieser alternativen Theorien?

Im Slushball-Szenario würde sich Kohlendioxid sehr schnell ansammeln, sodass die Vereisung nur von kurzer Dauer wäre und das Eis allmählich zurückgehen würde. Dies entspricht nicht den geologischen Daten. Wir wissen heute, dass die erste Schneeball-Eiszeit 58 Millionen Jahre dauerte, was völlig im Widerspruch zur Slushball-Theorie steht. Außerdem sehen wir, dass die Schneeball-Eiszeiten extrem abrupt endeten, woraufhin es klare Anzeichen für eine vollständige und abrupte Klimaumkehr, eine sehr heiße Periode, gab. Das erklärt das Slushball-Modell nicht.

Ich glaube nicht, dass es andere Alternativen gibt, die den Beweisen genügen.

Welche weiteren Fragen bleiben offen?

Die Datierung hat eine Reihe neuer Probleme aufgeworfen. Sie ergab unter anderem, dass die beiden Schneeball-Erden kurz hintereinander auftraten und sehr unterschiedlich lange dauerten. Die erste dauerte 58 Millionen Jahre , die zweite nur 5 bis 15 Millionen Jahre. Wir wissen also nicht, warum die Vereisungszeiten so unterschiedlich lange anhielten. Und warum lag nur so ein kurzer Zeitraum zwischen den beiden? Nur etwa 10 Millionen Jahre lang gab es überhaupt kein Eis, und dann verwandelte sich der Planet plötzlich wieder in eine Schneeball-Erde. Warum also zwei kurz hintereinander? Und warum gab es keine dritte oder vierte? Dies sind neue Fragen, die sich aus unserem Verständnis des zeitlichen Ablaufs ergeben.

Könnte es in Zukunft wieder passieren?

Ich glaube nicht, dass wir wirklich sagen können, ob es in Zukunft wahrscheinlich ist oder nicht. Die Zukunft ist noch weit entfernt. Ich denke, wir können sagen, dass es in den nächsten Zehntausenden von Jahren nicht passieren wird.

Warum Erdgeschichte studieren?

Die Geschichte unseres Planeten ist eine der großartigsten Geschichten. Da wir hier leben und von diesem Ort abhängig sind, ist es meiner Meinung nach sehr wichtig zu verstehen, dass die Erde nicht immer so war, wie sie heute ist. Die Schneeball-Erde ist ein Beispiel für die erstaunlichen Dinge, die die Erde erlebt hat, die wir ohne die Untersuchung der geologischen Aufzeichnungen nie vermutet hätten.

Die Beschäftigung mit Snowball Earth war fantastisch – es war die intensivste Lernerfahrung meines Lebens und ich hätte nie erwartet, dass es noch zu meinen Lebzeiten akzeptiert werden würde.

Und Sie sind nach 25 Jahren immer noch dabei?

Ich bin mit 77 Jahren immer noch in Namibia tätig. Es ist einfach ein großes und faszinierendes Problem. Es fällt mir schwer, mich davon loszureißen.

Bild: KI gezeichnet