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Erdklima : Die Erde ist wohl nie ein Schneeball gewesen

  • -Aktualisiert am

Schneeball Erde: Eis, so weit das Auge reicht Bild: ASSOCIATED PRESS

Eine Eiskugel, die einst unsere Sonne umkreiste? Eine vollständige Vereisung unseres Heimatplaneten, wie sie einige Forscher für das Proterozoikum vermutet haben, dürfte an den dafür notwendigen extrem tiefen Temperaturen gescheitert sein.

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          Wenn heute von Klimamodellen die Rede ist, dann geht der Blick fast immer in die Zukunft. Mit den Computersimulationen wollen die Forscher unter anderem die Frage beantworten, wie warm es wohl in den kommenden hundert Jahren wird, wenn der Anteil an Kohlendioxid weiterhin so schnell steigt wie im vergangenen Jahrhundert. Selten wird dagegen versucht, die turbulente Vergangenheit der Erdatmosphäre mit Klimamodellen zu beleuchten. Zwei Geowissenschaftler haben sich nun mit einem solchen Rückblick im wahrsten Sinne aufs Glatteis begeben. Sie untersuchten nämlich, wie sich das Erdklima in seiner kältesten Phase ausgewirkt haben könnte - ob unser „blauer Planet“ möglicherweise komplett vergletschert als weißer kosmischer Schneeball die Sonne umkreiste.

          Im Proterozoikum, das vor etwa 2,5 Milliarden Jahren begann und ungefähr zwei Milliarden Jahre anhielt, sah die Erde völlig anders aus als heute. So waren beispielsweise vor 750 Millionen Jahren die Landmassen in einem riesigen Superkontinent, Rodinia, vereint. Während sich heute der größte Teil der Landmassen auf der Nordhalbkugel befindet, füllte Rodinia damals die Tropen der „westlichen“ Hemisphäre. Einen Atlantischen Ozean gab es zu jener Zeit nicht. Vielmehr war das Becken zwischen Island und Südafrika komplett mit Land gefüllt. Etwa auf der geographischen Länge des heutigen Iran hörte das Land auf. Anstelle von Asien erstreckte sich zwischen Iran und dem heutigen Kalifornien ein riesiger Ur-Pazifik.

          Eis und Schnee strahlen Sonnenlicht besonders intensiv zurück

          Im letzten Viertel des Proterozoikums muss es überall auf der Erde viel kälter gewesen sein als selbst zu den Höhepunkten der letzten Eiszeiten. An mehr als hundert Stellen auf allen Kontinenten außer in der Antarktis haben Geologen Gletscherablagerungen in Gesteinen aus dieser Ära gefunden. Dabei handelt es sich um „versteinerte“ Gletschermoränen, die sogenannten Tillite. Ähnlich wie heutige Moränen bestehen diese aus einem Gemisch aus Sand, Steinen und größeren, rund geschliffenen Gesteinsblöcken. Im Gegensatz zum lockeren Verbund junger Moränen sind die Bestandteile der Tillite aber zu einem festen Gestein verbacken.

          Eine erste mögliche Erklärung für die verbreitete Vereisung lieferte der russische Geophysiker Michail Budyko vor etwa 40 Jahren. Er stellte ein einfaches Modell auf, in dem eine ausgedehnte Vereisung von den Polen bis etwa zum dreißigsten Breitengrad zu einem Rückkoppelungseffekt führt. Wegen ihrer hohen Albedo strahlen Eis und Schnee Sonnenlicht besonders intensiv zurück. Je mehr Strahlung aber vom Eis reflektiert wird, desto weniger erreicht den Erdboden und kann ihn erwärmen.

          Als Folge wird es immer kälter, die Gletscher dehnen sich weiter aus, was wiederum die Albedo der Erde erhöht. Hat die Vereisung niedriger Breiten erst einmal eingesetzt, ist sie nach dem Modell praktisch nicht mehr zu stoppen. Eine solche globale Eiszeit könnte, so wird inzwischen vermutet, bis zu zehn Millionen Jahre anhalten und die Weltmeere bis zu einen Kilometer dick einfrieren lassen.

          Der „Schneeball Erde“

          Im Jahre 1992 gab der kalifornische Geologe Joseph Kirschvink dem auf diese Weise völlig vergletscherten Planeten den Namen „Schneeball Erde“. Seitdem wird darüber diskutiert, ob tatsächlich alle Landmassen vergletschert und die gesamten Ozeane tiefgefroren waren. Eine andere Möglichkeit ist, dass wenigstens die Gebiete entlang des Äquators, in denen heute tropisches Klima herrscht, frei von Eis waren. Aber selbst in einem solchen Fall hätte es damals in den äquatorialen Gewässern weder Korallenriffe noch tropische Strände gegeben. Das äquatoriale Meer hätte vielmehr große Ähnlichkeit mit einem winterlichen Nordatlantik gehabt.

          Mit Modellrechnungen sind Arne Micheels vom Forschungsinstitut Senckenberg in Frankfurt und Michael Montenari von der Keele University in Newcastle (Großbritannien) nun der Frage nachgegangen, ob die Erde damals tatsächlich ein Schneeball gewesen sein kann oder ob es doch noch einige eisfreie Gebiete gegeben hat. Sie fütterten dazu das in Hamburg entwickelte Klimamodell „Planet Simulator“ mit Daten der Urzeit, beispielsweise der veränderten Verteilung von Land und Meer. Dabei trugen sie auch der Tatsache Rechnung, dass damals die Sonnenstrahlung um mindestens sechs Prozent weniger intensiv war als heute.

          Kohlendioxid als entscheidender Faktor?

          Wie die beiden Forscher jetzt in der Zeitschrift „Geosphere“ (Bd. 4, S. 401) schreiben, sinkt die globale Durchschnittstemperatur, wenn man bei den Rechnungen eine vollständige Vereisung unterstellt, auf unter minus 68 Grad. Selbst in Äquatornähe herrschen noch Temperaturen von unter minus 40 Grad. Die beiden Forscher halten diese Werte nicht für realistisch. Sie meinen, dass damals auf der Erde weniger extreme Bedingungen geherrscht haben müssten, die nicht zu einer vollständigen Vereisung des Planeten geführt hätten. In dem Fall wäre den Modellrechnungen zufolge zumindest ein enges Band um den Äquator eisfrei geblieben.

          Überraschend ist noch ein anderes Ergebnis. In den verschiedenen im Computer berechneten Szenarien setzte die weitgehende Vereisung nämlich unabhängig von der Konzentration des Kohlendioxids in der Atmosphäre ein. Sowohl unter dem vorindustriellen Wert von 280 ppm (Teilen pro Million) als auch mit einer hohen Kohlendioxid-Konzentration von 510 ppm führten die Modellrechnungen stets zu einer weitgehend vereisten Erde. Ob daraus geschlossen werden kann, dass der Anteil an Kohlendioxid in der Luft möglicherweise doch nicht der entscheidende Faktor im Klimawandel ist, lassen die Forscher offen.

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