Schneeball oder Matschball

Flog Planet Erde als kosmischer Schneeball um die Sonne, mit global vereisten Meeren und mächtigen Gletschern auf den Kontinenten? Oder waren selbst in der schlimmsten Eiszeit die Ozeane in den Tropen eisfrei? Für die Lebewesen zwischen 750 und 580 Millionen Jahren vor heute war das eine alles andere als akademische Frage.

"”Wenn die Erde so massiv mit Eis bedeckt gewesen wäre, hätten die photosynthesetreibenden Organismen keine Chance gehabt, vielmehr hätte sie ein kilometerdicker Eispanzer vom Sonnenlicht abgeschnitten. Aber es gibt gute Hinweise dafür, dass sie während der ganzen Zeit aktiv waren und Sauerstoff produzierten. Deshalb denken wir, dass die Idee vom ‚Schneeball Erde’ nicht stimmt. Wir glauben zeigen zu können, dass die Lebewesen selbst das komplette Einfrieren der Erde verhindert haben","

erklärt Richard Peltier, Professor für Physik an der Universität Toronto. Er hat erstmals für diese seltsame Zeitspanne vor Hunderten von Millionen Jahren moderne Klimasimulationen laufen lassen, die Ozeane, Meereis, Atmosphäre und den Kohlenstoffkreislauf der Erde koppeln. Peltier:

"”Damit die Erde komplett einfriert, muss der Kohlendioxidgehalt in der Luft sehr niedrig sein. Und damals haben tatsächlich zahllose photosynthetische Mikroben der Luft Kohlendioxid entzogen und damit den Treibhauseffekt abgesenkt. Luft und Meer kühlen ab.""

Wie in den modernen Meeren heute löste sich auch damals im kalten Ozeanwasser mehr Sauerstoff. Das aber ließ einen Recycling-Mechanismus anlaufen, so Peltier:

"Der viele Sauerstoff im Wasser zersetzte die Mikroben nach ihrem Tod wieder. Das Kohlendioxid, das sie zu Lebzeiten in ihre Biomasse eingebaut hatten, wurde wieder frei. Es löste sich im Meer und gelangte auch in die Luft. Die Modellrechnungen zeigen, dass das nicht nur den Abwärtstrend des CO2 stoppt, sondern dass der Kohlendioxidgehalt sogar wieder ansteigt. Im System Erde gibt es also eine automatisch arbeitende biogeochemische Bremse. Sie verhindert, dass die Erde zu einem harten Schneeball gefriert."

In den Tropen blieben die Meere eisfrei, während zu den Polen der Eispanzer dicker und dicker anwuchs. Im Unterschied zum "Schneeball Erde" haben die Geologen dieses Modell "Schneematschball Erde" getauft. Peltier:

"”Die Simulationen zeigen, dass die Entwicklung in dem Moment, wenn wir das Atmosphäre-Meereis-Meer-System mit dem Kohlenstoffzyklus koppeln, sehr dynamisch wird. Wir sehen, dass starke Vereisungsphasen mit Warmphasen abwechseln, und zwar genau auf den Zeitskalen, die wir auch in den Steinen –der geologischen Überlieferung – beobachten.""

Zwischen vier Millionen und 50 Millionen Jahren dauert so ein Zyklus aus Warm- und Eiszeit – und damit stimmen Modell und Wirklichkeit überein, denn diese Zyklen lassen sich in den Steinen nachweisen. Mit dem Modell vom "harten Schneeball Erde" lässt sich eine solche Klimaschaukel nicht erklären, führt Richard Peltier aus. Und dann erklärt er weiter:

"”Unser Modell könnte auch bei einem anderen Phänomen wichtige Hinweise liefern: nämlich bei der Entstehung der ersten großen Organismen. Ihr Erscheinen mit der Endphase der Vereisungen zusammen und soll etwas mit einem Anstieg des Sauerstoffgehalts im Wasser zu tun gehabt haben. Schließlich ist Sauerstoff der einzig mögliche Energielieferant für Tiere. Unser Modell zeigt nun, wie Sauerstoffgehalt und Vereisungen zusammenhingen.""

Sauerstoffgehalt und Umweltstress könnten die Evolution angestachelt haben, so dass sich deshalb kurz nach dem Ende der großen Eiszeiten die fossilen Zeugnisse einer der größten Innovationsphasen des Lebens finden: der kambrischen Artenexplosion. Wie aus dem Nichts entstanden damals unzählige Tiergruppen, die die Wurzel für unsere heutige Welt legten.