Präkambrium

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Gliederung des Erdzeitalters

Das Präkambrium umfasst die ersten 4 Milliarden Jahre der Erdgeschicht und wird in Hadaikum, Archaikum und Proterozoikum untergliedert. Das Hadaikum reichte bis 3,8 und das Archaikum bis 2,8 Milliarden, das Proterozoikum bis 542 Millionen Jahre vor heute.

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. Die Sonneneinstrahlung war um 25-30% schwächer als heute. Dennoch war die Atmosphäre wesentlich heißer und etwa mit der der Venus zu vergleich. Grund war 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 Atmosphäe existierte. Ebenso war das Wasser der Ozeane als Dampf in der Atmosphäre vorhanden. Kohlenstoff und Wasserdampf wurden erst allmählich durch chemische Verwitterung, Entwicklung von Leben und 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 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.

Proterozoikum

Erst aus der Anfangszeit des Proterozoikums sind erste klimatische Ereignisse bekannt. Im Zusammenhang mit einer 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 nicht durchgehend, sondern kältere und wärmere Phasen haben sich abgewechselt. Der Motor für die Schwankung war vermutlich die Aufeinanderfolge zwischen höhere und geringer Rate chemischer Verwitterung und biologischer Produktion, die den CO₂-Gehalt der Atmosphäre reduzierten bzw. steigen ließen. Eine höhere Solarstrahlung, die bis auf 85% des heutigen Wertes stieg, beendete dann dieses frühe Eiszeitalter.

Eine wesentlich größere Vereisung ereignete sich vor 580-750 Ma, die in die wissenschaftliche Diskussion unter dem Begriff "Schneeball Erde" eingegangen ist und mit Abstand die größte Vereisung und gewaltigste Naturkatastrophe der gesamten Erdgeschichte gewesen sein soll. Insgesamt soll es in dieser Zeit 2-4 starke glaziale Perioden gegeben haben, auf die jeweils ein extremes Treibhausklima mit globalen Mittelwerten von 50 ^oC gefolgt sei. Nicht nur das Land, sondern auch der Ozean soll nach Auffassung mancher Wissenschaftler während der kalten Phasen mit einer 1 km dicken Eisschicht bis zum Äquator hin bedeckt gewesen sein und die globalen Durchschnittstemperaturen bei -20 bis -50 ^oC gelegen haben. Leben in Form von Bakterien und Grünalgen könnte sich - ähnlich wie heute unter dem antarktischen Eisschild - nur in Seen unter dem Eis oder an heißen submarinen Quellen erhalten haben. Die meisten Forscher gehen allerdings davon aus, dass es zwar eine Vereisung bis zum Äquator hin gegeben hat, aber nur auf dem Land. Auch die Resultate von Modelluntersuchungen lassen auf offenes Wasser im äquatorialen Ozean schließen, was das Überleben von Mehrzellern wesentlich leichter erklären würde.

Die Ursache der extremen Vereisung wird in dem Auseinanderbrechen des Superkontinents Rodinia gesehen. Im Innern Rodinias gab es 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 in Polnähe konzentratierten, 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 in 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.

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 Klimageschichte im Überblick, in: DWD Klimastatusbericht 2003

Siehe auch

• Paläozoikum und Mesozoikum
• Känozoikum
• Eiszeitalter
• Holozän