Warum die Erde im Altertum fast vollständig zugefroren sein könnte

Eine neue Modellierungsstudie bietet eine einfache Erklärung dafür, warum sich der Planet so stark abgekühlt haben könnte. Es lag nicht nur an der Zusammensetzung der Atmosphäre. Eine schwächere Sonne, der alte Superkontinent Rodinia am Äquator und eine fast kahle Landmasse ohne Pflanzen könnten eine wichtige Rolle gespielt haben.

Die Idee ist, dass helle Oberflächen mehr Sonnenlicht zurück ins All reflektieren. Wenn das Land keine Wälder, Gräser oder dunkle Vegetation hat, sondern hauptsächlich helle Felsen und nacktes Gestein, heizt sich eine solche Oberfläche weniger stark auf. Unter bestimmten Bedingungen könnte dies dazu beitragen, eine Kettenreaktion in Gang zu setzen: Es wird kälter, es entsteht mehr Eis, das Eis reflektiert noch mehr Licht - und der Planet kühlt weiter ab.

Wichtig: Dies ist kein "Beweis" für eine einzelne Ursache der alten Vergletscherung, sondern das Ergebnis einer Klimamodellierung. Die Autoren haben gezeigt, unter welchen Bedingungen die Erde in einen Zustand von nahezu globalem Eis übergegangen sein könnte.

Details

Die Forscher untersuchten nicht das moderne Klima, sondern die alte Erde des späten Proterozoikums - die Zeit vor der dramatischen Zunahme der Komplexität des tierischen Lebens. Zu dieser Zeit existierte der Superkontinent Rodinia. Den Rekonstruktionen zufolge befand sich ein Großteil der Landmasse in niedrigen Breitengraden, näher am Äquator, wo die Sonneneinstrahlung normalerweise besonders stark ist.

Aber vor etwa 700 Millionen Jahren schien die Sonne schwächer als heute. In dem Modell verwendeten die Autoren einen Wert von etwa 95 Prozent der heutigen Sonnenleuchtkraft. Das scheint kein großer Unterschied zu sein, aber er könnte für das Klima des Planeten von Bedeutung sein.

Der zweite Faktor ist die Landoberfläche. Ein Großteil der Kontinente ist heute mit Vegetation bedeckt. Pflanzen sind in der Regel dunkler als nacktes Gestein, so dass sie mehr Licht und Wärme absorbieren. Und in dieser Zeit war das Land fast frei von terrestrischer Vegetation. Die Autoren der Studie weisen darauf hin, dass kahle Granitoberflächen ein höheres Reflexionsvermögen als Wälder gehabt haben könnten.

Dieses Reflexionsvermögen wird Albedo genannt. Einfach ausgedrückt ist es der Anteil des Lichts, den eine Oberfläche reflektiert und nicht absorbiert. Eis und Schnee haben eine hohe Albedo, d.h. sie reflektieren das Sonnenlicht gut. Dunkle Ozeane und Wälder haben eine geringere Albedo, so dass sie sich besser aufheizen.

In dem Modell testeten die Wissenschaftler verschiedene Optionen: wie viel Licht die Erde von der Sonne empfing, wo sich die Kontinente befanden, wie viel Kohlendioxid in der Atmosphäre war und wie hell das Land war. Sie verglichen die antike Konfiguration mit Rodinia und die modernere Anordnung der Kontinente.

Das Ergebnis war aufschlussreich. Mit einer Sonneneinstrahlung von 95% des heutigen Niveaus und kahlen Kontinenten mit einem Reflexionsvermögen, das dem von Granit ähnelt, hätte Rodinia in äquatorialen Breitengraden die Erde selbst bei CO₂-Konzentrationen von nur 1000 ppm in einen Schneeballzustand versetzen können. Wären die Kontinente so positioniert wie heute, würde ein solches Szenario erst bei niedrigeren CO₂-Konzentrationen von bis zu 400 ppm ausgelöst werden.

Warum war Rodinia in der Nähe des Äquators so wichtig? Erstens reflektierte das helle Land in einem Gebiet mit starker Sonneneinstrahlung viel Energie zurück ins All. Zweitens: In den warmen und feuchten niedrigen Breitengraden zersetzte sich Silikatgestein schneller. Durch diesen Prozess wurde der Atmosphäre allmählich etwas CO₂ entzogen, wodurch der Treibhauseffekt abgeschwächt wurde.

Als sich der Planet abzukühlen begann, kam Eis ins Spiel. Eis ist ebenfalls leicht und reflektiert viel Sonnenlicht. Je mehr Eis es also gab, desto weniger Wärme blieb an der Oberfläche. Dies wird als Eis-Albedo-Rückkopplung bezeichnet: Kälte erzeugt Eis, und Eis verstärkt die Kälte.

Eine weitere Schlussfolgerung der Studie betrifft die Pflanzen. Nach den Berechnungen der Autoren hätte es die Erde schwerer, in einen Schneeballzustand überzugehen, wenn die Kontinente mit Vegetation bedeckt wären und weniger Licht reflektieren würden. Im Modell könnte eine Verringerung der Albedo des Landes von etwa 0,35 auf 0,15 verhindern, dass ein solcher Zustand ausgelöst wird, wenn der CO₂-Gehalt bei etwa 400 ppm liegt und die Sonneneinstrahlung 95% des heutigen Wertes beträgt.

Warum das wichtig ist

Die Studie hilft uns zu verstehen, warum sich das uralte Klima der Erde so dramatisch verändert haben könnte. Sie zeigt, dass eine nahezu globale Vergletscherung nicht auf eine einzige Ursache zurückzuführen sein muss. Es könnte eine Kombination von Faktoren eine Rolle gespielt haben: eine schwächere Sonne, weniger Treibhauswärme, Kontinente in Äquatornähe und eine helle Landmasse ohne Vegetation.

Dies ist auch wichtig für das Verständnis der Rolle des Lebens für das Klima. Pflanzen produzieren nicht nur Sauerstoff und nehmen am Kohlenstoffkreislauf teil. Sie verändern auch das Aussehen des Planeten: Sie machen das Land dunkler, helfen ihm, mehr Sonnenlicht zu absorbieren und beeinflussen so den Temperaturhaushalt.

Die Arbeit erklärt auch, warum eine neue "Schneeball-Erde" heute höchst unwahrscheinlich ist. Die Sonne ist heller, die Kontinente sind anders angeordnet, die Landmasse ist mit Vegetation bedeckt und die Treibhausgaswerte ähneln heute nicht mehr den Bedingungen, unter denen das Modell die Beinahe-Vereisung auslöste. Die Autoren schreiben, dass der "Schneeball"-Zustand bei der heutigen Sonnenhelligkeit in ihren Berechnungen nur bei sehr niedrigem CO₂-Gehalt - etwa 100 ppm oder weniger und mit sehr wenig kahlem Land - auftrat.

Hintergrund

Die "Schneeball-Erde"-Hypothese entstand, um Spuren alter Gletscher in niedrigen, fast tropischen Breitengraden zu erklären. Wenn sich Gletscherablagerungen in der Nähe des Äquators gebildet haben, bedeutet dies, dass die Erde in der Vergangenheit viel kälter gewesen sein könnte als während normaler Gletscherepochen.

Die bekanntesten derartigen Ereignisse gehen auf das Kryogenikum zurück, das etwa zwischen 720 und 635 Millionen Jahren liegt. Die Wissenschaftler streiten sich darüber, ob der Planet damals vollständig in Eis eingeschlossen war oder ob es "Gürtel" mit offenem Wasser gab. Aber selbst die mildere Version bedeutet ein extrem raues Klima im Vergleich zur heutigen Erde.

Die neue Studie schließt diese Debatte nicht ab, aber sie klärt den Mechanismus. Sie zeigt, dass das antike Rodinia möglicherweise nicht nur eine Kulisse, sondern ein aktiver Teilnehmer an der Klimakippung war: Seine Lage und seine kahle, helle Oberfläche könnten den Übergang des Planeten in einen eisigen Zustand unterstützt haben.

Quelle

Forschung: Erica Bisesi, Giuseppe Murante, Antonello Provenzale, Jost von Hardenberg, Michele Maris, Laura Silva, "Interaction between vegetation and Snowball phases in the late Proterozoic Earth", International Journal of Astrobiology, 2026.