Schneeball Erde – Eine vereiste Welt unter ewigem Sternenhimmel

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0:22 Wenn dich Themen wie Eiszeit, Dinosaurier, also im Endeffekt alles interessiert, was vor einigen 10000 bis mehreren Millionen Jahren vor und auf der Erde war, schaue da mal vorbei oder wenn du einfach mich als Sprecher magst, stellen wir uns für einen Moment einen Planeten vor, der fast vollständig in Eis gehüllt ist. Eine Welt, in der die Ozeane bis weit in die Tropen hinein gefroren sind.

0:49 In der die Kontinente unter kilometerdicken Gletschern liegen, in der Stürme über endlose weiße Flächen ziehen und der Himmel, weil die Atmosphäre kalt und trocken ist, in einer Klarheit erstrahlt, die wir heute kaum kennen. Über diesen Eiswüsten leuchtet klar wie selten zuvor. Und selten danach. Ein nahezu ewig wirkender Sternenhimmel, in dessen Licht sich die spiegelnden Flächen aus Frost, reif und altem Gletschereis silbern brechen.

1:24 So oder ähnlich könnte unsere Erde während jener Phasen ausgesehen haben, die in den Geowissenschaften unter dem Namen Schneeballerde geführt werden. In dieser Folge nehmen wir uns Zeit, um langsam, sorgfältig und wissenschaftlich fundiert zu betrachten, wie es zu dieser außerordentlichen Vereisung kam, welche Belege heute dafür sprechen, welche Lebewesen sie überstanden und welche Spuren sie bis in unsere Gegenwart hinterlassen hat.

1:55 Die Idee, dass die Erde in ihrer frühen Geschichte fast vollständig zugefroren gewesen sein könnte, hat eine lange Vorgeschichte. Bereits in den 1900 60er Jahren stellte der australische Geologe Brian Harland fest, dass sich in präkambrischen Gesteinen weltweit Spuren von Gletschertätigkeit finden, und zwar bemerkenswerterweise auch dort, wo die paleogeographische Rekonstruktion auf eine Lage in den Tropen hinwies. Diese tropischen Eismarken galten zunächst als Rätsel. In den 1990er Jahren griff der amerikanische Geophysiker Joseph Kirchwink den Gedanken auf und prägte 1992 den Begriff Snowball Earth, also Schneeball Erde für ein Szenario, in dem die Vereisung tatsächlich global gewesen wäre. Wenige Jahre später entwickelten

2:53 der Geologe Paul Hoffman und der Geochemiker Daniel Schrak. Dieses Konzept zu einer umfassenden Theorie weiter, die seit ihrer Veröffentlichung in Science im Jahr 1998 die Forschung intensiv beschäftigt. Heute spricht die Mehrheit der Fachwelt von mindestens 2 großen Vereisungen im sogenannten Neoproterozeucum, der jüngsten Ära des Präcambriums, die vor 1000 bis 541000000 Jahren lag. Die Ältere dieser Vereisungen wird als sturtische Vereisung bezeichnet, benannt nach Sturt in Südaustralien, wo entsprechende Gesteine zuerst eingehend untersucht wurden. Sie wird heute auf einen Zeitraum von etwa 717 bis 660000000 Jahren datiert, die jüngere Phase trägt den Namen Marinoanische Vereisung und

3:52 reichte etwa von 650 bis 635000000 Jahren die. Beide Phasen waren außergewöhnlich lang. Die Sturtische dauerte vermutlich etwa 56000000 Jahre, die Marinoanische etwa 15000000 Jahre. Zwischen ihnen lag eine wärmere sogenannte interglaziale Zeit, in der die Erde zumindest zeitweise von der totalen Vereisung befreit war, eine weitere.

4:20 Kürzere und regional begrenzte Vereisung die Gaskirs Glaziation ereignete sich vor etwa 580000000 Jahren und wird heute überwiegend nicht mehr als globaler Schneeball, sondern als regionale Eiszeit interpretiert. Um zu verstehen, warum die Erde zweimal in einen Zustand fast vollständiger Vereisung geraten konnte, müssen wir uns die Welt des späten Proterozeukums vor Augen führen. Es war eine Erde, deren Atmosphäre bereits einen merklichen Sauerstoffgehalt enthielt, vermutlich zwischen einigen wenigen und etwa 10% der heutigen Konzentration. Die Sonne war damals etwas schwächer, etwa 5 bis 6% Strahlungsärmer als heute, die Kontinente waren in Form eines Superkontinents namens Rhodinia

5:15 angeordnet, die. Der zu Beginn des Neoproterozeukums noch zusammenhängend war und sich dann in mehreren Phasen aufzulösen begann. Diese tektonische Umstrukturierung spielte eine entscheidende Rolle beim Zerfall Rhodinias entstanden lange neue Küstenlinien, Vulkanaktivität und ausgedehnte Bereiche frischer Silikatgesteine, die der chemischen Verwitterung ausgesetzt waren. Die chemische Verwitterung von Silikaten bindet langfristig Kohlendioxid aus der Atmosphäre.

5:51 Über Millionen Jahre kann dieser Prozess die Konzentration von Treibhausgasen so weit senken, dass sich erste Eisschilde in höheren Breiten bilden. Sobald aber Eis und Schnee große Flächen bedecken, verändert sich die Energiebilanz des Planeten. Weiße Flächen reflektieren das Sonnenlicht stärker als dunkle Meere oder Wälder. Ihre Albedo ist deutlich höher, je größer die vereisten Bereiche werden, desto mehr Sonnenenergie wird ins All zurückgeworfen und desto kälter wird das Klima.

6:27 Klimamodelle zeigen, dass sich dieser sogenannte Albedo Rückkopplungsprozess bei ausreichender Vereisung in eine globale Eis albedo Katastrophe verwandeln kann. Wird ein bestimmter Schwellenwert überschritten, etwa wenn das Eis die mittleren Breiten überschreitet, gerät das System aus dem Gleichgewicht und die Vereisung läuft sich selbst verstärkend bis zu den Tropen hinunter.

6:55 Modelle von Budico, Sellers und später von Hoffman, Pierre Rambert und anderen sprechen seit Jahrzehnten von einer kritischen Grenze, ab der ein schneeballzustand Thermodynamisch nahezu unausweichlich wird. Wie aber kann man heute zeigen, dass es eine solche Vereisung tatsächlich gegeben hat? Die wichtigsten Belege liefern Gesteine, die in dieser Zeit abgelagert wurden, in Namibia.

7:24 In Südchina, in Schottland, in Australien, in Kanada und in Spitzbergen finden sich sogenannte Diamiktite, schlecht sortierte Sedimente, in denen große Gesteinsbrocken in einer feinkörnigen Matrix eingebettet sind. Solche Gesteine entstehen, wenn Eisberge oder Gletscher Material transportieren und es im Meer oder auf dem Land ungeordnet ablagern. In manchen dieser Schichten lassen sich sogar einzelne Steine erkennen, die feine Sedimentlagen am Meeresboden so eingedrückt haben, wie es nur geschehen kann, wenn ein vom Eis getragener Stein in das ruhige Meeressediment Hineinfällt. Diese sogenannten Dropstones gelten als nahezu unmissverständliche Spuren von Gletschertätigkeit. Besonders überraschend ist die

8:19 geografische Lage dieser Spuren zurzeit ihrer Entstehung. Paläomagnetische Untersuchungen von Joe Kirschwink Garlin, Halverson David Evans und anderen zeigen, dass viele dieser Eisspuren in Gebieten abgelagert wurden, die damals in tropischen oder subtropischen Breiten Lagen. Die Anwesenheit von Eis und Gletschern in den Tropen lässt sich mit einer normalen Eiszeit, in der nur die Pole vereist sind, nicht erklären. Sie deutet auf eine Vereisung hin, die deutlich weiter reichte, als es zu jeder anderen Phase der Erdgeschichte geschah. Ein weiterer Schlüssel liegt in den geochemischen Daten, vor allem in den Verhältnissen stabiler Kohlenstoffisotope. Im Verlauf der Schneeballphasen zeigen die Carbonatgesteine einen markanten Einbruch der

9:12 schwereren Kohlenstoffvariante. Ein Hinweis darauf, dass die biologische Produktion in den Ozeanen stark eingeschränkt war. Lebewesen bevorzugen das leichtere Kohlenstoffisotop und wenn weniger organisches Material gebildet und in Sedimenten begraben wird, verschiebt sich das Isotopensignal der anorganischen Karbonate in Richtung leichterer Werte. Diese sogenannten negativen Karbonisotopen. Exkursionen sind in den Schneeball Episoden weltweit nachweisbar und gehören zu den Robustesten belegen für eine globale biologische Krise.

9:53 Im Anschluss an die Vereisungen folgte jeweils eine ungewöhnliche geochemische Phase, in der die Eisspuren von dicken Schichten carbonatreichen Gesteins überlagert wurden, sogenannten Cap carbonates. Diese Carbonatdecken, die in Namibia, Südchina, Australien und vielen anderen Regionen bekannt sind, werden als Spuren extrem warmer, kohlenstoffreicher Bedingungen direkt nach dem Auftauen der vereisten Welt gedeutet. Sie sind so dick, so weit verbreitet und chemisch so eigentümlich, dass sie nur schwer mit einer normalen Erwärmung erklärt werden können.

10:36 Die heute meistdiskutierte Erklärung lautet, dass am Ende der Schneeballphase die vulkanische Tätigkeit, die während der Vereisung weiterlief, Kohlendioxid in der Atmosphäre auf extrem hohe Konzentrationen anreicherte, vermutlich ein Vielfaches der heutigen Werte. Sobald die Albedo Rückkopplung durchbrochen war, sei es durch lokales Schmelzen in den Tropen oder durch das Erreichen einer kritischen Treibhausgaskonzentration, kam es zu einem raschen Übergang in einen extremen Treibhauszustand.

11:14 In dieser Phase verstärkte sich die chemische Verwitterung an Land massiv, große Mengen Kalzium und Magnesium gelangten in die Ozeane und die Carbonatfällung erreichte außergewöhnliche Ausmaße. Stellt man sich diese Übergangszeit konkret vor, so erscheint sie wie ein doppelter Schock, eingerahmt von langen, scheinbar ereignisarmen Phasen.

11:38 Über Jahrmillionen herrschte tiefe Kälte mit Eisflächen, die im Sommer kaum schmolzen, mit ausgedehnten Schneestürmen, die feines Material über tausende Kilometer transportierten, mit eisigen Winden, die Polare wie äquatoriale Regionen ähnlich kühl hielten. Dann, in einem geologisch kurzen Augenblick, vielleicht innerhalb weniger jahrzehntausende, kippte das System die Atmosphäre mit Kohlendioxid bis weit über jeden heutigen Wert hinaus angereichert erwärmte sich rasant, die Eismassen begannen zu schmelzen, riesige Mengen Schmelzwasser strömten in die Ozeane und.

12:23 Der Meeresspiegel stieg, Wellen rauschten erstmals seit langer Zeit über zuvor trockene Schelfregionen und die Tropen wurden zu einer feuchtheißen Welt mit hoher Verwitterungsaktivität. Eine der spannendsten Fragen lautet, wie das Leben diese Phasen überstand, bis in die 1990er Jahre vermuteten manche Forschende die.

12:48 Dass eine Welt unter geschlossenem Eis nicht bewohnbar sein konnte, dass Photosynthese unter dicken Gletschern nahezu unmöglich wäre und dass das gesamte Leben vor dem Aussterben gestanden habe. Spätere Funde zeigten jedoch ein differenzierteres Bild, die Forschung von Andrew Knowle. Nicholas Butterfield und vielen allen anderen, die Mikrofossile Reste, organische Geochemikalien und Spuren mehrzelliger Eukaryoten in Sedimenten aus der Zeit vor, zwischen und nach den Vereisungen analysiert hat, weist auf eine deutliche, aber nicht totale Reduktion der biologischen Vielfalt hin.

13:30 Vermutlich gab es lokale Refugien, in denen Photosynthese möglich blieb, etwa in dünn vereisten Bereichen entlang der Äquatorzonen, in heißen Quellen in Subglazialen Schmelzwasserbecken oder in der sogenannten Cryoconite, Kleinen, durch dunkles Staubmaterial angeheizten Wasseransammlungen auf der Eisoberfläche. Dort konnten Cyanobakterien und einfache Eukaryoten weiterleben, wenn auch in stark reduzierten Populationen. Eine Alternative, weniger drastische Variante des Modells ist die sogenannte Slushball Earth, also der Matschball, in der die Vereisung zwar global ausgeprägt war, die Tropen jedoch ein schmales Band offenen oder dünn vereisten Wassers behielten.

14:21 In diesem Modell hätte die Photosynthese Großräumiger weiterlaufen können, ohne dass die Vereisung in ihrer geochemischen Wirkung wesentlich abgeschwächt wäre. Die Forschung diskutiert zwischen diesen Modellen vor allem auf der Grundlage feinerer geochemischer Daten und neuer paläomagnetischer Befunde allgemein gilt, dass die marinoanische Vereisung möglicherweise näher an der reinen Schneeballvariante lag. Während die sturtische Phase im Detail noch stärker rekonstruiert werden, muss, nach den Vereisungen begann eine Zeit, in der die Biosphäre tiefgreifend umgestaltet wurde. Schon vor den Schneeballphasen existierten erste eukaryotische Algen, einfache Pilze und vielfältige Protisten. Nach dem Ende der marinoanischen

15:14 Vereisung jedoch im sogenannten E Diakarium, also vor etwa 635 bis 541000000 Jahren, tauchen erstmals weichkörperige mehrzellige Organismen in der Form auf, die in den berühmten Fossilien von Mistakenpoint in Neufundland von e. Diakara in Südaustralien und vom Weißen Meer in Russland überliefert ist. Diese Edia Carafauna umfasst Lebewesen wie Dickinsonia, Jarnia und Sprigina, die ein bis heute nicht restlos geklärtes Verwandtschaftsverhältnis zu späteren Tieren haben, die aber nach allem, was wir wissen, die ersten großen mehrzelligen Lebensformen darstellen.

16:01 Forschende wie Mary Droser. Gainer Bonn. Jim Gailing und Shu Hai Shao haben in den letzten Jahrzehnten viele dieser Fossilien neu analysiert und gezeigt, wie reichhaltig die Ökosysteme bereits gewesen sind. Der Zusammenhang zwischen Schneeball, Erde und E. Dia Cara Fauna ist Gegenstand intensiver Diskussion, eine einflussreiche Hypothese lautet. Dass die extremen Klimaschwankungen, der starke Wechsel von Eis zu Treibhausbedingungen und die damit verbundenen Veränderungen in der ozeanischen Sauerstoffversorgung biologisch wirkten wie ein Reset, der bestehende ökologische Strukturen zerstörte und Raum für völlig neue Lebensformen schuf. Andere Modelle, etwa von Donadieu, Gauderis oder Lenton, betonen die Rolle der

16:54 Nährstoffflüsse. Vor allem von Phosphor, die im Anschluss an die Vereisungen in den Meeren stark zunahmen und damit eine grundlegende Voraussetzung für komplexere sauerstoffabhängige Lebensformen schufen. Es ist gut möglich, dass beide Effekte zusammenspielten und dass die Schneeballerde damit nicht nur eine fast existenzielle Bedrohung. Sondern auch eine Art evolutionärer Engpass war, durch den das Leben in eine neue, vielfältigere Phase trat. Faszinierend ist auch die Frage, wie eine Schneeballerde gerochen, geklungen und ausgesehen haben könnte, wenn wir sie hätten besuchen können.

17:38 In den Tropen lagen vermutlich zumindest zeitweise weite Flächen aus blauem, Kristallklarem Eis, durchzogen von feinen Rissen, in denen Schmelzwasser glitzerte. An vulkanischen Inseln stiegen Dampfsäulen in den kalten Himmel und an einigen Stellen paschotginnen tropfte heißes Wasser aus geothermalen Quellen über die Ränder gefrorener Lagunen, die Atmosphäre kalt und stickstoffreich war erstaunlich klar die. Und in dieser Klarheit erschien der Sternenhimmel mit großer Strahlkraft, da die Atmosphäre weniger Wasserdampf enthielt, war die Lichtstreuung geringer als in einem feuchten Klima, so dass Sonne und Mond ungewöhnlich scharfe Konturen zeigten. Bei Nacht konnte man die Milchstraße ungetrübt sehen, das Zentrum unserer Galaxie zog sich

18:33 wie ein silbern leuchtendes Band über die Eisflächen. Und der Mondstand, vermutlich heller und einsamer am Himmel als heute, da seine Bahn damals der Erde etwas näher gewesen sein dürfte. Über Kilometerweite Schneeflächen rieselte das Sternenlicht in einer Weise, wie wir es heute höchstens in den klarsten Nächten der Antarktis erleben können. Es ist ein Bild, das uns die Erde als kalte, aber nicht tote Welt zeigt.

19:05 In der sich die Spuren des Lebens auf wenige, oft mikroskopische Refugien zurückgezogen hatten, in denen aber ein langes, Geduldiges warten möglich war. Heute begleitet uns die Schneeballerde nicht nur als historische Episode, sondern auch als Mahnung, wie empfindlich Klima und Leben miteinander verbunden sind.

19:28 Die enormen Treibhausgaskonzentrationen, die das System aus dem Eis befreiten, zeigen, dass das Klimasystem grundsätzlich zwischen sehr unterschiedlichen Zuständen wechseln kann, wenn bestimmte Schwellen überschritten werden. Sie verdeutlichen zugleich, wie wirkungsvoll Treibhausgase wie Kohlendioxid sind, wenn sie über lange Zeit in der Atmosphäre verbleiben, die.

19:53 Auf der anderen Seite stehen Eis, albedo, Rückkopplungen, die zeigen, wie schnell sich eine Welt abkühlen kann, wenn helle Flächen wachsen. Heute betrifft uns vor allem das umgekehrte Problem, der Verlust polarer Eismassen, der durch dunklere Meeres und Landflächen die Erwärmung weiter beschleunigt. Die Schneeballerde, sofern sie liegt, ist damit nicht nur ein historisches Kuriosum, sondern auch ein lehrreiches Naturexperiment, das uns Hinweise gibt, wie wir die heutige Klimadynamik besser einordnen können. Auch für die Astrobiologie sind diese alten Vereisungen bemerkenswert, auf anderen Welten, etwa auf den Eisbedeckten Monden Europa oder Enceladus. Könnten Bedingungen herrschen,

20:42 die in mancher Hinsicht an eine Schneeballphase erinnern, wenn Leben auf der Erde solche Zustände überdauern konnte, wenn lokale Refugien und mikrobielle Gemeinschaften ausreichten, um eine Vereisung von dutzenden Millionen Jahren zu überstehen, dann ist es nicht abwegig, Lebensformen auch unter einer dicken Eisschicht in einem entfernten Sonnensystem für möglich zu halten. Die Forschung an Creo Connights an mikrobiellen Gemeinschaften in Eisbedeckten antarktischen Seen, an extremen Habitaten auf Spitzbergen und in den Bergen Tibets liefert deshalb nicht nur Erkenntnisse über die irdische Vergangenheit, sondern auch über mögliche Lebensorte jenseits unseres Planeten. Wenn wir diese Reise nun langsam

21:33 ausklingen lassen. Dann mit dem Bild einer Erde, die einmal so kalt war, wie wir sie uns kaum vorstellen können, in der das Leben sich an wenige Stellen zurückzog, an denen Wasser flüssig und Licht ausreichend war und in der dennoch nichts völlig verloren ging. Die mikrobiellen Gemeinschaften, die diese Zeit überdauerten, sind die Vorfahren der unzähligen Pflanzen, Tiere und Menschen, die heute auf unserem Planeten leben.

22:04 Ihre Geduld, ihr beharrliches Weitermachen unter extremen Bedingungen ist eine stille Erinnerung daran, wie wertvoll die Räume sind, in denen das Leben seine Vielfalt entfalten kann. Es liegt an uns, die heutigen Refugien der Biosphäre von den polaren Regionen bis zu tropischen Wäldern, von Mooren und Feuchtgebieten bis zu Korallenriffen und Hochgebirgsseen.

22:31 In einer Weise zu behandeln, die ihre Tragfähigkeit nicht überschreitet. Und es liegt an uns, jene Räume des Zusammenlebens zu schützen, in denen Wissen offen geteilt wird, in denen unterschiedliche Stimmen gehört werden und in denen Entscheidungen so getroffen werden können, dass sie auch jenen gerecht werden, die nach uns kommen.

22:55 Aus dem Sternenlicht über einer vereisten Welt strahlt eine ruhige, geduldige Botschaft zu uns herüber, dass das Leben Wege findet, dort, wo wir Räume zulassen, in denen es atmen und sich weiterentwickeln darf.