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Der Begriff Schneeball Erde (engl. Snowball Earth) beschreibt die Vereisung des gesamten Erdballs während der Erdurzeit, genauer im Proterozoikum. Der Begriff wurde in den 90er Jahren von dem amerikanischen Geologen Joseph Kirschvink geprägt. Die Erde könnte damals vom Weltall aus, wegen der geschlossenen Eisdecke über den Meeren und den Kontinenten, wie ein gigantischer Schneeball ausgesehen haben. Die Vorstellung von der Erde als Schneeball ist jedoch heftig umstritten, weil die Entwicklung des Lebens während der Bedeckung der gesamten Erdoberfläche mit Eis kaum denkbar ist. Dennoch weisen immer mehr wissenschaftliche Befunde auf die Möglichkeit einer mehrfachen Gesamtvereisung der Erde hin.

Proterozoikum

Das Proterozoikum umfasst die Zeitspanne vom Beginn des Lebens vor ca. 2.500 Millionen Jahren (Ma) bis zum Beginn des Erdaltertums (Paläozoikum) vor ca. 542 Ma (siehe auch Geologische Zeitskala). Die Zusammensetzung der Sedimente aus dem Zeitraum zwischen 750 und 580 Ma vor heute weist darauf hin, dass die Erde mehrfach von Phasen der Vereisung der gesamten Oberfläche erfasst gewesen sein könnte. Auf diese Eiszeiten folgten Zeitspannen mit extrem heißem Treibhausklima.

Dies wird vermutet für folgende Vereisungen:

• 605 - 585 Ma Varanger-Marinoischen Eiszeiten
• 710 - 680 Ma Sturtische Eiszeit

Trotz der damals um rund 6 Prozent schwächeren Sonneneinstrahlung war es in den 1,5 Ga (Milliarden Jahren) davor nicht zu Vereisungen gekommen. Spuren deuten jedoch auf eine viel frühere Vereisung hin:

• 2,3 - 2,2 Ga Huronische Eiszeit

Vereisung des Erdballs

Die kontrovers diskutierte Hypothese besagt, dass bei diesen globalen Vereisungen des Präkambriums im Gegensatz zu den bekannteren Eiszeiten des Pleistozäns oder des Perm die Gletscher von den Polen bis in Äquatornähe reichten und auch der Ozean weitgehend zugefroren sein musste.

Die Möglichkeit einer den ganzen Erdball umspannenden Vereisung galt lange Zeit als ausgeschlossen, da die Entwicklung des Lebens damit unterbunden gewesen wäre. Erst die Weiterentwicklung geophysikalischer Methoden und Funde auf dem Grund der Tiefsee lieferten den Schlüssel zur Deutung der Vorgänge in einem Abschnitt des Neoproterozoikums vor 750 bis 580 Ma.

Erste Hinweise

Schon die Untersuchungen des australischen Geologen und Antarktisforschers Sir Douglas Mawson in der Flinderskette in South Australia zeigten innerhalb der präkambrischen Formation, dass Ablagerungen eines Flachmeeres unter eiszeitlichen Bedingungen stattgefunden haben mussten. Ähnliche Sedimente wurden auch im südlichen Afrika gefunden. Es blieb jedoch offen, in welchen Breiten die Kontinente damals gelegen waren, ob in Polnähe oder nahe dem Äquator.

Erste Vermutungen einer weltweiten Vereisung gehen auf Modellrechnungen des russischen Klimatologen Michail Budyko in den 60er Jahren zurück. Für eine Vereisung bis zum Äquator sprachen auch Funde auf neoproterozoischen Gesteinen, die damals vermutlich in Äquatornähne anstanden und Spuren glazialer Erosion (Gletscherschrammen) trugen.

Joseph Kirschvink brachte 1992 das Argument, dass eisenerzreiche Sedimente (Bändererze des Rapitan-Typs), die auf das Ende des Neoproterozoikums datiert wurden, aufgrund des Sauerstoffmangels der vereisten Ozeane entstanden sein mussten. Ohne gelösten Sauerstoff kann sich das aus dem Erdmantel austretende Eisen im Wasser lösen. Kirschvik vermutete, dass mit dem Abtauen der Eismassen der Anteil an gelöstem Sauerstoff in den Ozeanen wieder ansteigen konnte, da wieder eine Verbindung der Wasseroberfläche zur Atmosphäre bestand. Im Zuge dessen fielen große Mengen Eisen aus und lagerte sich in den Sedimenten ab.

Zudem wurde 1998 von Hoffmann und Schrag der relative Mangel an Kohlenstoffisotop ¹³C im Vergleich zu Kohlenstoffisotop ¹²C in neoproterozoischen Sedimenten als weiterer Hinweis einer vereisten Erde mit nahezu keiner biologischen Aktivität interpretiert. Dies ist auf die bevorzugte Aufnahme von ¹²C-Isotopen bei biologischer Aktivität zurückzuführen. In Biomasse sind somit mehr ¹²C-Isotope vorhanden, was bei einer starken Biomasseproduktion zu einer relativen Zunahme von ¹³C in anorganischen Kohlenstoffvorkommen (Karbonaten) führt. Da die neoproterozoischen Sedimente (die durch plattentektonische Prozesse an die kontinentalen Schilde angebaut wurden) einen Mangel an ¹³C aufweisen, schließen Hoffmann und Schrag daraus auf eine minimale Biomasseproduktion während dieser Zeit, was die Hypothese einer komplett vereisten Erde stützt

Die Möglichkeit der Vereisung der gesamten Erdoberfläche bis zum Äquator wird durch Modelle gestützt, die einen Rückkopplungseffekt vorhersagen, sobald die Eiskappen der Pole über den dreißigsten Breitengrad hinausreichen: Die Reflexion der Sonneneinstrahlung durch die Eismassen (Albedo) würde durch den Einfallswinkel in diesen Breiten so groß, dass eine überproportionale Abkühlung der gesamten Erdoberfläche einträte. Nur die unteren Schichten der Meere blieben dann durch die Eigenwärme der Erde unvereist.

Entwicklung des Lebens

Die Millionen Jahre lang andauernde Vereisung hätte für die frühen Lebensformen eine große Herausforderung dargestellt. Allerdings hat die Entdeckung der Lebensgemeinschaften an den Schwarzen Rauchern der Tiefsee gezeigt, wie sich das Leben auch im lichtlosen Raum durch chemoautotrophe Archaeen und Schwefelbakterien an heißen hydrothermalen Quellen weiterentwickelt haben könnte. Bestätigt wurde diese Möglichkeit durch Funde von Hydrothermalerzen in rund 535 Ma alten Sedimentschichten der Jangtse-Plattform im Südosten Chinas. Diese frühkambrischen Sedimente enthalten fossile Schwefelbakterien, Arthropoden und verschiedene Schalenfossilien, was auf eine präkambrische Entwicklung der Lebewesen in der Tiefsee hinweist.

Auch in den durch Vulkanismus beeinflußten warmen Hydrothermalquellen der kontinentalen Landmassen wurden ähnliche Stoffwechselvorgänge beobachtet.

Rückzug des Eises

Wichtig für die Annahme der Möglichkeit einer globalen Vereisung ist jedoch ein Modell, das den Rückzug des Eises und die Herausbildung der heutigen Lebensformen einschließt. Der Schlüssel für dieses Modell liegt in den Erkenntnissen über die Plattentektonik und den mit ihr einhergehenden Vulkanismus an den Plattengrenzen. Diese Vulkane konnten durch den Ausstoß von Kohlenstoffdioxid zunehmend die Atmosphäre mit diesem Treibhausgas anreichern. Das Kohlenstoffdioxid hätte mangels freien Oberflächenwassers nicht wie heute in ausreichendem Maße gelöst und in Gesteine (Kalziumkarbonat) und organische Substanzen eingebunden werden können. Über die Jahrmillionen hinweg könnte dies zu einem derartigen Treibhausklima geführt haben, das schließlich das Aufschmelzen des Eises möglich gemacht hätte.

Es wird vermutet, dass sich gerade während und als Folge dieser Eiszeiten mehrzellige Lebewesen (Metazoen) entwickeln konnten, die sich nach dem Ende der Eiszeit im Ediacarium (630 - 542 Ma Jahren) explosionsartig verbreiteten (Ediacara-Fauna).

Der Begriff „Snowball Earth“ wurde von Kirschvink 1992 geprägt, nachdem bereits seit 1964 von (Harland & Rudwick) entsprechende Eiszeiten vermutet worden sind.

Siehe auch

• Geologische Zeitskala

Weblinks

• Paul F. Hoffman und Daniel P. Schrag: The Snowball Earth. 1999 (engl.)
• ausführliche Website (engl.)
• Joe Kirschvink home page (engl.)

Literatur

• Gabrielle Walker: Schneeball Erde. BvT, 2005. ISBN 3833301384

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