Phanerozoikum

Übersicht

Entwicklung des Klimas und des Kohlendioxidgehalts im Phanerozoikum

Das Phanerozoikum umfasst das Paläozoikum, Mesozoikum und Känozoikum. Dieser Zeitraum umgreift ungefähr die letzte halbe Milliarde von insgesamt 4,6 Milliarden Jahren Erdgeschichte. Das Phanerozoikum weist eine sehr wechselvolle Klimageschichte auf mit grob gesehen drei ausgeprägten warmen und drei kalten (einschließlich der gegenwärtigen) Phasen.

Paläozoikum

Die warme Phase am Ende des Proterozoikums setzte sich am Anfang des Paläozoikums über fast 100 Millionen Jahren fort. Daran schloss sich die dritte Vereisung der Erde an. Sie wird als "Sahara-Eiszeit" benannt, weil sich die Spuren hauptsächlich im Bereich der heutige Sahara finden, die damals allerdings am Südpol lag. Die Ursache lag wahrscheinlich in der Entwicklung von Pflanzen auf dem Land, die den Kohlendioxid-Gehalt auf das 10-Fache der heutigen Konzentration senkte. Darauf folgte wieder eine längere warme Klimaphase, die am Ende des Paläozoikums von einer der größten Vereisungen der Erdgeschichte, der Permokarbon- oder Gondwana-Vereisung, abgelöst wurde. Zum einen wurde durch die starke Ausbreitung von Waldökosystemen immer mehr CO₂ aus der Atmosphäre in Pflanzen eingebaut, das teilweise als Kerogen in das Gestein eingelagert wurde. Zum anderen sorgte die Wanderung des großen Kontinents Gondwana (zu ihm gehörten die heutigen Kontinente Afrika, Antarktika, Australien, Arabien, Indien und Südamerika) in den Bereich des Südpols für niedrige Einstrahlungswerte. Um 300 Mill. Jahre v.h. verband sich Gondwana mit dem Kontinent Laurussia (Eurasien, Nordamerika) zu dem Superkontinent Pangäa. Dadurch gelangten die tektonische Bewegung und auch der Vulknanismus in eine ruhige Phase, so dass weniger CO₂ aus dem Erdinnern ausgaste. Der Kohlenstoffgehalt lag in der heutiger Größenordnung, während die Solarstrahlung etwas niedriger war.

Mesozoikum

Während des gesamten Mesozoikums gab es nach heutiger Kenntnis auf der Erde keine großflächige Vereisung, wenn auch kühlere und wärmere Phasen, und der Meeresspiegel lag etwa 80 m über dem heutigen Niveau. Die Temperaturen lagen in der Nordhemisphäre, wahrscheinlich aber auch im globalen Mittel, 6 bis 8 °C über den Werten der Gegenwart, gegen Ende sogar 8 bis 10 °C. Im Mesozoikum gab es riesige tropische Wälder, in denen u.a. die Dinosaurier lebten. Große tektonische Umbrüche veränderten die Verteilung von Land und Meer und führten in der Kreidezeit (135-66 Millionen Jahre) zur Öffnung des Atlantiks. Für die mesozoische Warmphase waren verschiedene Prozesse verantwortlich. Zum einen entwickelte sich die Tierwelt auf dem Land, die CO₂ produzierte. Zum anderen zerbrach der Superkontinent Pangaea, wodurch die tektonischen und vulkanischen Aktivitäten deutlich verstärkt wurden und damit auch der vulkanische CO₂-Ausstoß. Und drittens nahm die Sonneneinstrahlung weiterhin zu.

Das Ende der Kreidezeit, der letzten mesozoischen Phase, wird heute auf 66 Mio. Jahre v.h. datiert. Es geht ungefähr einher mit dem Ende der Existenz der Dinosaurier und einem großen Massensterben an Lebewesen auf der Erde. Seit den 1990er Jahren wurde dafür der Einschlag eines Asteroiden in Mexiko als Ursache angenommen. In den 2010er Jahren wurden jedoch mehrere Forschungsarbeiten publiziert,die gewaltige Vulkanausbrüche auf dem indischen Dekkan als Hauptverursacher erscheinen lassen. Vor allem die Eruption von Gasen, wie Wasserdampf, Kohlendioxid, Schwefeldioxid, Chlor und Fluor, die bis in die Stratosphäre hinaufgeschleudert wurden, haben danach einerseits zu einer abrupten globalen Erwärmung und andererseits zu einer Versauerung der Ozean geführt, durch die das Massensterben ausgelöst wurde.

Sandberg-Zyklen

Die langfristigen Klimaphasen des Phanerozoikums von rund 100 Millionen Jahren, die die letzten 600 Millionen Jahre der Erdgeschichte beherrschten, werden nach ihrem Entdecker als Sandberg-Zyklen bezeichnet. Sie zeigen eindeutige Zusammenhänge zwischen Plattentektonik, CO₂-Gehalt der Atmosphäre und Temperatur. Bei CO₂-Gehalten unter 500 ppm dominieren kältere Klimate ("Icehouse"-Ären) mit länger anhaltenden und ausgedehnten kontinentalen Vereisungen, bei Kohlendioxidkonzentrationen über 1000 ppm wärmere Klimate ("Greenhouse"-Ären). Der CO₂-Gehalt wurde einerseits durch vulkanische Aktivitäten bei tektonischen Umbrüchen, andererseits durch die Vegetationsentwicklung beeinflusst. So wird der starke Anstieg zu Beginn des Phanerozoikums durch das Auseinanderbrechen des Superkontinents Rodinia erklärt, der krasse Abfall im Karbon auf Werte, die den gegenwärtigen entsprechen, durch das Aufkommen großer Wälder. Der durch eine verhältnismäßig ruhige tektonische Phase bedingte geringe CO₂-Gehalt im Karbon und die Lage des Superkontinents Pangaea waren die Voraussetzungen der karbonen Vereisung. Überhaupt scheinen große Vereisungen immer nur dann aufgetreten zu sein, wenn ausgedehnte Landmassen in Polnähe lagen.

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Kontakt: Dieter Kasang