Präkambrium

Gliederung des Erdzeitalters

Das Präkambrium umfasst die ersten 4 Milliarden Jahre der Erdgeschichte und wird in Hadaikum, Archaikum und Proterozoikum untergliedert. Das Hadaikum reichte bis 3,8 und das Archaikum bis 2,8 Milliarden, das Proterozoikum bis 540 Millionen Jahre vor heute. An das Präkambrium schließt sich das Phanerozoikum an.

Hadaikum und Archaikum

Von einem Klima kann in den ersten zwei Milliarden Jahren der seit etwa 4,6 Milliarden Jahre existierenden Erde nur begrenzt die Rede sein. Während der ersten 500 Millionen Jahre besaß die Erde keine stabile Atmosphäre. Die vor ca. 4 Milliarden Jahren durch Ausgasung des Erdmantels entstandene erste Atmosphäre war mit ihrem hohen Kohlendioxid-, Methan- und Ammoniakgehalt und fehlendem Sauerstoff von der heutigen völlig verschieden. Obwohl die Sonneneinstrahlung um 25-30% schwächer als heute war, war die Atmosphäre wesentlich heißer und etwa mit der des Planeten Venus zu vergleichen. Grund waren ihre viel höhere Dichte von 80 bis 100 bar und ein CO₂-Gehalt von etwa 95%. Man kann davon ausgehen, dass der heute im Kalkgestein gebundene Kohlenstoff als Gas in der Atmosphäre existierte. Ebenso war das Wasser der späteren Ozeane als Dampf in der Atmosphäre vorhanden. Kohlenstoff und Wasserdampf wurden erst allmählich durch chemische Verwitterung, Entwicklung von Leben und eine allmähliche Abkühlung vom Himmel auf die Erde umgelagert.

Erstes Leben gab es seit 3,5 Milliarden Jahren in Form von einzelligen Organismen ohne Zellkern, vor allem Zyanobakterien. Der Einfluss auf den Kohlendioxid-Gehalt war zunächst sehr gering. Erst gegen Ende des Archaikums (etwa 2,5 Milliarden Jahre v.h.) haben Bakterien durch Photosynthese neben der Verwitterung dazu beigetragen, den CO₂-Gehalt zu senken, den O₂-Gehalt der Atmosphäre erhöht und so das Sauerstoffzeitalter eingeleitet.

Auf das mittlere Archaikum wird auch die erste bekannte Vereisung der Erdgeschichte datiert, die Pangola-Vereisung um ca. 2,9 Mrd. Jahre v.h.

Proterozoikum

Zu Beginn und am Ende des Proterozoikums (2,5 Milliarden bis 540 Millionen Jahre v.h.) gab es zwei Phasen der Erdgeschichte mit einer starken Vereisung, während dazwischen deutlich höhere Temperaturen als gegenwärtig herrschten. Im Zusam rapiden Abnahme des CO₂-Gehalts gab es zu Beginn des Proterozoikums vor 2,45 bis 2,2 Milliarden Jahre eine ausgedehnte Vereisung, die nach den ersten Fundstätten der Zeugnisse nördlich des Huron-Sees in Südkanada als Huron-Vereisung bekannt ist, offenbar aber weltweit verbreitet war. Wahrscheinlich war die Vereisung zeitlich nicht durchgehend, sondern kältere und wärmere Phasen haben sich abgewechselt. Der Motor für die Schwankung war vermutlich die Aufeinanderfolge zwischen höherer und geringerer Rate chemischer Verwitterung und biologischer Produktion, die den CO₂-Gehalt der Atmosphäre reduzierte bzw. steigen ließ. Eine höhere Solarstrahlung, die bis auf 85% des heutigen Wertes stieg, beendete dann dieses frühe Eiszeitalter.

Erdgeschichtlich gesehen erfolgte ziemlich bald daruf das nächste Eiszeitalter, das nach heutiger Kenntnis die erste Schneeball-Erde-Vereisung war. Als Schneeball-Erde-Vereisung versteht man Vergletscherung der gesamten Erde bis hin zum Äquator und auch auf den Ozeanen. Die globale Mitteltemperatur soll bei ca. -50 °C gelegen haben, und selbst am Äquator sollen Temperaturen von -20 °C geherrscht haben. Die Mächtigkeit der Eisschicht soll im Mittel ähnlich wie auf Grönland und der Antarktis bei 3-4 km gelegen haben, und selbst auf den Ozeanen soll die Schelfeisdicke mehrere hundert Meter bis zu einem km betragen haben. Nur am Äquator war das Meereis möglicherweise nur wenige Meter dick.

Nach heutiger Kenntnis gab es drei Schneeball-Erde-Vereisungen:

1. die Makganyene-Vereisung 2,4-2,2 Mrd. Jahre v.h. im älteren Proterozoikum,
2. die Sturtische Vereisung im späten Proterozoikum von ca. 720 bis 660 Mio. Jahre v.h.,
3. die Marinoische Vereisung ebenfalls im späten Proterozoikum 650-635 Jahre v.h.

Als wichtigste Ursache für die globalen Eiszeiten wird eine deutliche Herabsetzung der atmosphärischen Konzentration von Kohlendioxid durch intensive Verwitterungsprozesse angenommen. Ein Grund dafür war im späten Proterozoikum die Existenz von großen Landmassen, des Großkontinents „Rodinia“, um den Äquator herum. Das Gestein dieses Kontinents war in dem zunächst tropischen Klima einer starken Verwitterung ausgesetzt, durch die der Atmosphäre sehr viel CO₂ entzogen wurde. Außerdem besaß die Erde aufgrund der großen Landflächen in den niederen Breiten eine relativ hohe Albedo. Hinzu kam, dass die Sonneneinstrahlung im Proterozoikum etwa 6 % geringer war als heute.

Von anderer Seite wird die Ursache der extremen Vereisung in dem Auseinanderbrechen des Superkontinents Rodinia gesehen. Im Innern Rodinias gab es danach weder Niederschläge noch nennenswerte Verwitterungsprozesse. Durch das Zerbrechen des Superkontinents soll es aufgrund der neu entstandenen Küstenlage vieler Landstriche zu starken Niederschlägen gekommen sein. Der Niederschlag förderte die chemische Verwitterung, den Tansport der Verwitterungsprodukte ins Meer und damit die Bindung von Kohlendioxid in Sedimenten. Dadurch nahm der CO₂-Gehalt der Atmosphäre deutlich ab, und es wurde merklich kälter. Da sich größere Landmassen außerdem in Polnähe konzentrierten, kam es hier zu einer ausgedehnten kontinentalen Vereisung. Eis-Albedo-Rückkopplungseffekte haben das Eis von den Polen her immer weiter wachsen lassen, was durch eine um 6% niedrigere Sonnenstrahlung als heute noch begünstigt wurde.

Das bald extrem kalte Klima hat dann zu einer Verringerung von Niederschlägen und Verwitterung geführt. Die weiterhin bestehenden vulkanische Aktivitäten sollen innerhalb von 4-30 Millionen Jahren den Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre wieder stark auf 10% erhöht und die globale Durchschnittstemperatur auf 50 ^oC hochgetrieben haben. Auch die Solarstrahlung stieg langsam an und erreichte 97% des heutigen Wertes.

Von manchen Forschern wurde eine totale Vereisung der Erde angezweifelt, weil aufgrund der dabei herrschenden hohen planetaren Albedo ein Ende der Schneeball-Erde-Phase nicht erklärt werden könne. Auch ließe sich der Fortbestand des Lebens auf der Erde nicht erklären. Inzwischen geht man jedoch davon aus, dass Serien großer Vulkanausbrüche den Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre wieder ansteigen ließen. Auf der andern Seite wird angenommen, dass unter dem relativ dünnen Meereis in Äquatornähe auch während der Schneeball-Erde-Vereisungen Photosynthese möglich blieb und damit Pflanzen überleben konnten.

Literatur

• O. Bubenzer, U. Radtke (2007): Natürliche Klimaänderungen im Laufe der Erdgeschichte, aus: Wilfried Endlicher, Friedrich-Wilhelm Gerstengarbe: Der Klimawandel – Einblicke, Rückblicke und Ausblicke, 17-26
• W. Oschmann: Vier Milliarden Jahre Klimageschichte im Überblick, in: DWD Klimastatusbericht 2003

Weblinks

• Meschede. M. (2015): Vereiste und eisfreie Erde. Ein Überblick. In: Lozán, J. L., H. Grassl, D. Kasang, D. Notz & H. Escher-Vetter (Hrsg.). Warnsignal Klima: Das Eis der Erde. pp 31-37.
• Rother, H., und M. Meschede (2015): Schneeball-Erde – die größte Vereisung der Erdgeschichte, in: Lozán, J.L., H. Graßl, D. Kasang, D. Notz und H. Escher-Vetter: Warnsignal Klima: Das Eis der Erde, Wissenschaftliche Auswertungen, Hamburg 2015
• Bayerisches Landesamt für Umwelt: Das Klima der Vergangenheit (PDF-Datei; 7 Seiten)

Siehe auch

• Klimageschichte und ihre Erkundung
• Paläozoikum und Mesozoikum
• Känozoikum
• Eiszeitalter
• Holozän
• Anthropozän

Lizenzhinweis

Kontakt: Dieter Kasang