Willkommen zu einer neuen Folge von Schlafreise durch das
Universum, deinem Podcast zum Entspannen, Loslassen und
lernen. Wenn dir der Podcast gefällt,
bewerte ihn bitte, das hilft uns, weitere Folgen zu
produzieren, dies ist wieder eine Koproduktion mit unserem
Podcast Wissensreise durch die Uhrzeit.
Wenn dich Themen wie Eiszeit, Dinosaurier, also im Endeffekt
alles interessiert, was vor einigen 10000 bis mehreren
Millionen Jahren vor und auf der Erde war, schaue da mal vorbei
oder wenn du einfach mich als Sprecher magst, stellen wir uns
für einen Moment einen Planeten vor, der fast vollständig in Eis
gehüllt ist. Eine Welt, in der die Ozeane bis
weit in die Tropen hinein gefroren sind.
In der die Kontinente unter kilometerdicken Gletschern
liegen, in der Stürme über endlose weiße Flächen ziehen und
der Himmel, weil die Atmosphäre kalt und trocken ist, in einer
Klarheit erstrahlt, die wir heute kaum kennen.
Über diesen Eiswüsten leuchtet klar wie selten zuvor.
Und selten danach. Ein nahezu ewig wirkender
Sternenhimmel, in dessen Licht sich die spiegelnden Flächen aus
Frost, reif und altem Gletschereis silbern brechen.
So oder ähnlich könnte unsere Erde während jener Phasen
ausgesehen haben, die in den Geowissenschaften unter dem
Namen Schneeballerde geführt werden.
In dieser Folge nehmen wir uns Zeit, um langsam, sorgfältig und
wissenschaftlich fundiert zu betrachten, wie es zu dieser
außerordentlichen Vereisung kam, welche Belege heute dafür
sprechen, welche Lebewesen sie überstanden und welche Spuren
sie bis in unsere Gegenwart hinterlassen hat.
Die Idee, dass die Erde in ihrer frühen Geschichte fast
vollständig zugefroren gewesen sein könnte, hat eine lange
Vorgeschichte. Bereits in den 1900 60er Jahren
stellte der australische Geologe Brian Harland fest, dass sich in
präkambrischen Gesteinen weltweit Spuren von
Gletschertätigkeit finden, und zwar bemerkenswerterweise auch
dort, wo die paleogeographische Rekonstruktion auf eine Lage in
den Tropen hinwies. Diese tropischen Eismarken
galten zunächst als Rätsel. In den 1990er Jahren griff der
amerikanische Geophysiker Joseph Kirchwink den Gedanken auf und
prägte 1992 den Begriff Snowball Earth, also Schneeball Erde für
ein Szenario, in dem die Vereisung tatsächlich global
gewesen wäre. Wenige Jahre später entwickelten
der Geologe Paul Hoffman und der Geochemiker Daniel Schrak.
Dieses Konzept zu einer umfassenden Theorie weiter, die
seit ihrer Veröffentlichung in Science im Jahr 1998 die
Forschung intensiv beschäftigt. Heute spricht die Mehrheit der
Fachwelt von mindestens 2 großen Vereisungen im sogenannten
Neoproterozeucum, der jüngsten Ära des Präcambriums, die vor
1000 bis 541000000 Jahren lag. Die Ältere dieser Vereisungen
wird als sturtische Vereisung bezeichnet, benannt nach Sturt
in Südaustralien, wo entsprechende Gesteine zuerst
eingehend untersucht wurden. Sie wird heute auf einen
Zeitraum von etwa 717 bis 660000000 Jahren datiert, die
jüngere Phase trägt den Namen Marinoanische Vereisung und
reichte etwa von 650 bis 635000000 Jahren die.
Beide Phasen waren außergewöhnlich lang.
Die Sturtische dauerte vermutlich etwa 56000000 Jahre,
die Marinoanische etwa 15000000 Jahre.
Zwischen ihnen lag eine wärmere sogenannte interglaziale Zeit,
in der die Erde zumindest zeitweise von der totalen
Vereisung befreit war, eine weitere.
Kürzere und regional begrenzte Vereisung die Gaskirs Glaziation
ereignete sich vor etwa 580000000 Jahren und wird heute
überwiegend nicht mehr als globaler Schneeball, sondern als
regionale Eiszeit interpretiert. Um zu verstehen, warum die Erde
zweimal in einen Zustand fast vollständiger Vereisung geraten
konnte, müssen wir uns die Welt des späten Proterozeukums vor
Augen führen. Es war eine Erde, deren
Atmosphäre bereits einen merklichen Sauerstoffgehalt
enthielt, vermutlich zwischen einigen wenigen und etwa 10% der
heutigen Konzentration. Die Sonne war damals etwas
schwächer, etwa 5 bis 6% Strahlungsärmer als heute, die
Kontinente waren in Form eines Superkontinents namens Rhodinia
angeordnet, die. Der zu Beginn des
Neoproterozeukums noch zusammenhängend war und sich
dann in mehreren Phasen aufzulösen begann.
Diese tektonische Umstrukturierung spielte eine
entscheidende Rolle beim Zerfall Rhodinias entstanden lange neue
Küstenlinien, Vulkanaktivität und ausgedehnte Bereiche
frischer Silikatgesteine, die der chemischen Verwitterung
ausgesetzt waren. Die chemische Verwitterung von
Silikaten bindet langfristig Kohlendioxid aus der Atmosphäre.
Über Millionen Jahre kann dieser Prozess die Konzentration von
Treibhausgasen so weit senken, dass sich erste Eisschilde in
höheren Breiten bilden. Sobald aber Eis und Schnee große
Flächen bedecken, verändert sich die Energiebilanz des Planeten.
Weiße Flächen reflektieren das Sonnenlicht stärker als dunkle
Meere oder Wälder. Ihre Albedo ist deutlich höher,
je größer die vereisten Bereiche werden, desto mehr Sonnenenergie
wird ins All zurückgeworfen und desto kälter wird das Klima.
Klimamodelle zeigen, dass sich dieser sogenannte Albedo
Rückkopplungsprozess bei ausreichender Vereisung in eine
globale Eis albedo Katastrophe verwandeln kann.
Wird ein bestimmter Schwellenwert überschritten,
etwa wenn das Eis die mittleren Breiten überschreitet, gerät das
System aus dem Gleichgewicht und die Vereisung läuft sich selbst
verstärkend bis zu den Tropen hinunter.
Modelle von Budico, Sellers und später von Hoffman, Pierre
Rambert und anderen sprechen seit Jahrzehnten von einer
kritischen Grenze, ab der ein schneeballzustand
Thermodynamisch nahezu unausweichlich wird.
Wie aber kann man heute zeigen, dass es eine solche Vereisung
tatsächlich gegeben hat? Die wichtigsten Belege liefern
Gesteine, die in dieser Zeit abgelagert wurden, in Namibia.
In Südchina, in Schottland, in Australien, in Kanada und in
Spitzbergen finden sich sogenannte Diamiktite, schlecht
sortierte Sedimente, in denen große Gesteinsbrocken in einer
feinkörnigen Matrix eingebettet sind.
Solche Gesteine entstehen, wenn Eisberge oder Gletscher Material
transportieren und es im Meer oder auf dem Land ungeordnet
ablagern. In manchen dieser Schichten
lassen sich sogar einzelne Steine erkennen, die feine
Sedimentlagen am Meeresboden so eingedrückt haben, wie es nur
geschehen kann, wenn ein vom Eis getragener Stein in das ruhige
Meeressediment Hineinfällt. Diese sogenannten Dropstones
gelten als nahezu unmissverständliche Spuren von
Gletschertätigkeit. Besonders überraschend ist die
geografische Lage dieser Spuren zurzeit ihrer Entstehung.
Paläomagnetische Untersuchungen von Joe Kirschwink Garlin,
Halverson David Evans und anderen zeigen, dass viele
dieser Eisspuren in Gebieten abgelagert wurden, die damals in
tropischen oder subtropischen Breiten Lagen.
Die Anwesenheit von Eis und Gletschern in den Tropen lässt
sich mit einer normalen Eiszeit, in der nur die Pole vereist
sind, nicht erklären. Sie deutet auf eine Vereisung
hin, die deutlich weiter reichte, als es zu jeder anderen
Phase der Erdgeschichte geschah. Ein weiterer Schlüssel liegt in
den geochemischen Daten, vor allem in den Verhältnissen
stabiler Kohlenstoffisotope. Im Verlauf der Schneeballphasen
zeigen die Carbonatgesteine einen markanten Einbruch der
schwereren Kohlenstoffvariante. Ein Hinweis darauf, dass die
biologische Produktion in den Ozeanen stark eingeschränkt war.
Lebewesen bevorzugen das leichtere Kohlenstoffisotop und
wenn weniger organisches Material gebildet und in
Sedimenten begraben wird, verschiebt sich das
Isotopensignal der anorganischen Karbonate in Richtung leichterer
Werte. Diese sogenannten negativen
Karbonisotopen. Exkursionen sind in den
Schneeball Episoden weltweit nachweisbar und gehören zu den
Robustesten belegen für eine globale biologische Krise.
Im Anschluss an die Vereisungen folgte jeweils eine
ungewöhnliche geochemische Phase, in der die Eisspuren von
dicken Schichten carbonatreichen Gesteins überlagert wurden,
sogenannten Cap carbonates. Diese Carbonatdecken, die in
Namibia, Südchina, Australien und vielen anderen Regionen
bekannt sind, werden als Spuren extrem warmer,
kohlenstoffreicher Bedingungen direkt nach dem Auftauen der
vereisten Welt gedeutet. Sie sind so dick, so weit
verbreitet und chemisch so eigentümlich, dass sie nur
schwer mit einer normalen Erwärmung erklärt werden können.
Die heute meistdiskutierte Erklärung lautet, dass am Ende
der Schneeballphase die vulkanische Tätigkeit, die
während der Vereisung weiterlief, Kohlendioxid in der
Atmosphäre auf extrem hohe Konzentrationen anreicherte,
vermutlich ein Vielfaches der heutigen Werte.
Sobald die Albedo Rückkopplung durchbrochen war, sei es durch
lokales Schmelzen in den Tropen oder durch das Erreichen einer
kritischen Treibhausgaskonzentration, kam
es zu einem raschen Übergang in einen extremen Treibhauszustand.
In dieser Phase verstärkte sich die chemische Verwitterung an
Land massiv, große Mengen Kalzium und Magnesium gelangten
in die Ozeane und die Carbonatfällung erreichte
außergewöhnliche Ausmaße. Stellt man sich diese
Übergangszeit konkret vor, so erscheint sie wie ein doppelter
Schock, eingerahmt von langen, scheinbar ereignisarmen Phasen.
Über Jahrmillionen herrschte tiefe Kälte mit Eisflächen, die
im Sommer kaum schmolzen, mit ausgedehnten Schneestürmen, die
feines Material über tausende Kilometer transportierten, mit
eisigen Winden, die Polare wie äquatoriale Regionen ähnlich
kühl hielten. Dann, in einem geologisch kurzen
Augenblick, vielleicht innerhalb weniger jahrzehntausende, kippte
das System die Atmosphäre mit Kohlendioxid bis weit über jeden
heutigen Wert hinaus angereichert erwärmte sich
rasant, die Eismassen begannen zu schmelzen, riesige Mengen
Schmelzwasser strömten in die Ozeane und.
Der Meeresspiegel stieg, Wellen rauschten erstmals seit langer
Zeit über zuvor trockene Schelfregionen und die Tropen
wurden zu einer feuchtheißen Welt mit hoher
Verwitterungsaktivität. Eine der spannendsten Fragen
lautet, wie das Leben diese Phasen überstand, bis in die
1990er Jahre vermuteten manche Forschende die.
Dass eine Welt unter geschlossenem Eis nicht
bewohnbar sein konnte, dass Photosynthese unter dicken
Gletschern nahezu unmöglich wäre und dass das gesamte Leben vor
dem Aussterben gestanden habe. Spätere Funde zeigten jedoch ein
differenzierteres Bild, die Forschung von Andrew Knowle.
Nicholas Butterfield und vielen allen anderen, die Mikrofossile
Reste, organische Geochemikalien und Spuren mehrzelliger
Eukaryoten in Sedimenten aus der Zeit vor, zwischen und nach den
Vereisungen analysiert hat, weist auf eine deutliche, aber
nicht totale Reduktion der biologischen Vielfalt hin.
Vermutlich gab es lokale Refugien, in denen Photosynthese
möglich blieb, etwa in dünn vereisten Bereichen entlang der
Äquatorzonen, in heißen Quellen in Subglazialen
Schmelzwasserbecken oder in der sogenannten Cryoconite, Kleinen,
durch dunkles Staubmaterial angeheizten Wasseransammlungen
auf der Eisoberfläche. Dort konnten Cyanobakterien und
einfache Eukaryoten weiterleben, wenn auch in stark reduzierten
Populationen. Eine Alternative, weniger
drastische Variante des Modells ist die sogenannte Slushball
Earth, also der Matschball, in der die Vereisung zwar global
ausgeprägt war, die Tropen jedoch ein schmales Band offenen
oder dünn vereisten Wassers behielten.
In diesem Modell hätte die Photosynthese Großräumiger
weiterlaufen können, ohne dass die Vereisung in ihrer
geochemischen Wirkung wesentlich abgeschwächt wäre.
Die Forschung diskutiert zwischen diesen Modellen vor
allem auf der Grundlage feinerer geochemischer Daten und neuer
paläomagnetischer Befunde allgemein gilt, dass die
marinoanische Vereisung möglicherweise näher an der
reinen Schneeballvariante lag. Während die sturtische Phase im
Detail noch stärker rekonstruiert werden, muss, nach
den Vereisungen begann eine Zeit, in der die Biosphäre
tiefgreifend umgestaltet wurde. Schon vor den Schneeballphasen
existierten erste eukaryotische Algen, einfache Pilze und
vielfältige Protisten. Nach dem Ende der marinoanischen
Vereisung jedoch im sogenannten E Diakarium, also vor etwa 635
bis 541000000 Jahren, tauchen erstmals weichkörperige
mehrzellige Organismen in der Form auf, die in den berühmten
Fossilien von Mistakenpoint in Neufundland von e.
Diakara in Südaustralien und vom Weißen Meer in Russland
überliefert ist. Diese Edia Carafauna umfasst
Lebewesen wie Dickinsonia, Jarnia und Sprigina, die ein bis
heute nicht restlos geklärtes Verwandtschaftsverhältnis zu
späteren Tieren haben, die aber nach allem, was wir wissen, die
ersten großen mehrzelligen Lebensformen darstellen.
Forschende wie Mary Droser. Gainer Bonn.
Jim Gailing und Shu Hai Shao haben in den letzten Jahrzehnten
viele dieser Fossilien neu analysiert und gezeigt, wie
reichhaltig die Ökosysteme bereits gewesen sind.
Der Zusammenhang zwischen Schneeball, Erde und E.
Dia Cara Fauna ist Gegenstand intensiver Diskussion, eine
einflussreiche Hypothese lautet. Dass die extremen
Klimaschwankungen, der starke Wechsel von Eis zu
Treibhausbedingungen und die damit verbundenen Veränderungen
in der ozeanischen Sauerstoffversorgung biologisch
wirkten wie ein Reset, der bestehende ökologische
Strukturen zerstörte und Raum für völlig neue Lebensformen
schuf. Andere Modelle, etwa von
Donadieu, Gauderis oder Lenton, betonen die Rolle der
Nährstoffflüsse. Vor allem von Phosphor, die im
Anschluss an die Vereisungen in den Meeren stark zunahmen und
damit eine grundlegende Voraussetzung für komplexere
sauerstoffabhängige Lebensformen schufen.
Es ist gut möglich, dass beide Effekte zusammenspielten und
dass die Schneeballerde damit nicht nur eine fast
existenzielle Bedrohung. Sondern auch eine Art
evolutionärer Engpass war, durch den das Leben in eine neue,
vielfältigere Phase trat. Faszinierend ist auch die Frage,
wie eine Schneeballerde gerochen, geklungen und
ausgesehen haben könnte, wenn wir sie hätten besuchen können.
In den Tropen lagen vermutlich zumindest zeitweise weite
Flächen aus blauem, Kristallklarem Eis, durchzogen
von feinen Rissen, in denen Schmelzwasser glitzerte.
An vulkanischen Inseln stiegen Dampfsäulen in den kalten Himmel
und an einigen Stellen paschotginnen tropfte heißes
Wasser aus geothermalen Quellen über die Ränder gefrorener
Lagunen, die Atmosphäre kalt und stickstoffreich war erstaunlich
klar die. Und in dieser Klarheit erschien
der Sternenhimmel mit großer Strahlkraft, da die Atmosphäre
weniger Wasserdampf enthielt, war die Lichtstreuung geringer
als in einem feuchten Klima, so dass Sonne und Mond ungewöhnlich
scharfe Konturen zeigten. Bei Nacht konnte man die
Milchstraße ungetrübt sehen, das Zentrum unserer Galaxie zog sich
wie ein silbern leuchtendes Band über die Eisflächen.
Und der Mondstand, vermutlich heller und einsamer am Himmel
als heute, da seine Bahn damals der Erde etwas näher gewesen
sein dürfte. Über Kilometerweite
Schneeflächen rieselte das Sternenlicht in einer Weise, wie
wir es heute höchstens in den klarsten Nächten der Antarktis
erleben können. Es ist ein Bild, das uns die
Erde als kalte, aber nicht tote Welt zeigt.
In der sich die Spuren des Lebens auf wenige, oft
mikroskopische Refugien zurückgezogen hatten, in denen
aber ein langes, Geduldiges warten möglich war.
Heute begleitet uns die Schneeballerde nicht nur als
historische Episode, sondern auch als Mahnung, wie
empfindlich Klima und Leben miteinander verbunden sind.
Die enormen Treibhausgaskonzentrationen, die
das System aus dem Eis befreiten, zeigen, dass das
Klimasystem grundsätzlich zwischen sehr unterschiedlichen
Zuständen wechseln kann, wenn bestimmte Schwellen
überschritten werden. Sie verdeutlichen zugleich, wie
wirkungsvoll Treibhausgase wie Kohlendioxid sind, wenn sie über
lange Zeit in der Atmosphäre verbleiben, die.
Auf der anderen Seite stehen Eis, albedo, Rückkopplungen, die
zeigen, wie schnell sich eine Welt abkühlen kann, wenn helle
Flächen wachsen. Heute betrifft uns vor allem das
umgekehrte Problem, der Verlust polarer Eismassen, der durch
dunklere Meeres und Landflächen die Erwärmung weiter
beschleunigt. Die Schneeballerde, sofern sie
liegt, ist damit nicht nur ein historisches Kuriosum, sondern
auch ein lehrreiches Naturexperiment, das uns
Hinweise gibt, wie wir die heutige Klimadynamik besser
einordnen können. Auch für die Astrobiologie sind
diese alten Vereisungen bemerkenswert, auf anderen
Welten, etwa auf den Eisbedeckten Monden Europa oder
Enceladus. Könnten Bedingungen herrschen,
die in mancher Hinsicht an eine Schneeballphase erinnern, wenn
Leben auf der Erde solche Zustände überdauern konnte, wenn
lokale Refugien und mikrobielle Gemeinschaften ausreichten, um
eine Vereisung von dutzenden Millionen Jahren zu überstehen,
dann ist es nicht abwegig, Lebensformen auch unter einer
dicken Eisschicht in einem entfernten Sonnensystem für
möglich zu halten. Die Forschung an Creo Connights
an mikrobiellen Gemeinschaften in Eisbedeckten antarktischen
Seen, an extremen Habitaten auf Spitzbergen und in den Bergen
Tibets liefert deshalb nicht nur Erkenntnisse über die irdische
Vergangenheit, sondern auch über mögliche Lebensorte jenseits
unseres Planeten. Wenn wir diese Reise nun langsam
ausklingen lassen. Dann mit dem Bild einer Erde,
die einmal so kalt war, wie wir sie uns kaum vorstellen können,
in der das Leben sich an wenige Stellen zurückzog, an denen
Wasser flüssig und Licht ausreichend war und in der
dennoch nichts völlig verloren ging.
Die mikrobiellen Gemeinschaften, die diese Zeit überdauerten,
sind die Vorfahren der unzähligen Pflanzen, Tiere und
Menschen, die heute auf unserem Planeten leben.
Ihre Geduld, ihr beharrliches Weitermachen unter extremen
Bedingungen ist eine stille Erinnerung daran, wie wertvoll
die Räume sind, in denen das Leben seine Vielfalt entfalten
kann. Es liegt an uns, die heutigen
Refugien der Biosphäre von den polaren Regionen bis zu
tropischen Wäldern, von Mooren und Feuchtgebieten bis zu
Korallenriffen und Hochgebirgsseen.
In einer Weise zu behandeln, die ihre Tragfähigkeit nicht
überschreitet. Und es liegt an uns, jene Räume
des Zusammenlebens zu schützen, in denen Wissen offen geteilt
wird, in denen unterschiedliche Stimmen gehört werden und in
denen Entscheidungen so getroffen werden können, dass
sie auch jenen gerecht werden, die nach uns kommen.
Aus dem Sternenlicht über einer vereisten Welt strahlt eine
ruhige, geduldige Botschaft zu uns herüber, dass das Leben Wege
findet, dort, wo wir Räume zulassen, in denen es atmen und
sich weiterentwickeln darf.