4,6 Mrd. Jahre

Die gesamte Erdgeschichte

Mit der Entstehung der Erde vor 4,6 Mrd. Jahren setzte auch die Klimageschichte des Planeten ein. Die Ausbildung der Sphären stand in enger Wechselwirkung mit der Klimaentwicklung der frühesten Erdgeschichte. Auch die Entwicklung des Lebens – durch günstige Klimabedingungen überhaupt erst möglich – wurde wiederholt von Klimaschwankungen gedrosselt oder gefördert.

Für die früheste Zeit der Erdgeschichte (Hadaikum) ist die Paläoklimatologie zunächst gänzlich auf geophysikalische Modellvorstellungen angewiesen. Ab der Ausbildung einer festen Kruste vor etwa 4 Mrd. Jahren (Beginn des Archaikums) lassen die erhaltenen Gesteine geologische Rückschlüsse auf das Erdklima zu. Die ältesten indirekten Klimaarchive, Tiefseebohrkerne, reichen bis zu 200 Mio. Jahre in die Vergangenheit (Übergang Trias-Jura). Daneben lassen sich mit Paläoklimamodellen erdgeschichtliche Klimaentwicklungen nachvollziehen.

Von der flüssigen Erde zu den präkambrischen Eiszeitaltern

Die Erde entstand vermutlich gleichzeitig mit der Sonne und den anderen Planten des Sonnensystems aus einem sich zusammenziehenden Urnebel vor 4,6 Mrd. Jahren. Die Urerde kühlte sich erst rasch, dann immer langsamer ab. Im Zuge dieser Abkühlung konnten sich zunächst eine feste Kruste und später auch Ozeane ausbilden. Vor etwa 2,5 Mrd. Jahren (Beginn des Proterozoikums) war in etwa das heutige Temperaturniveau erreicht. Ungefähr aus der gleichen Zeit finden sich erste Anzeichen des Lebens.

Abb. 1: Idealisierter Verlauf der globalen Mitteltemperatur basierend auf geologischen Proxydaten dargestellt über einer variablen Zeitskala (Saltzmann 2002, bearb.).

Die Entwicklung des Lebens wurde durch Eiszeitalter, die im Lauf der Erdgeschichte mehrfach auftraten, gefährdet. Vor etwa 2,2 Mrd. Jahren wird die erste Vereisungsphase angenommen. Nach ihrem Ende wurde die Evolution der Vielzeller aber eventuell sogar beschleunigt. Vor etwa 700 Mio. Jahren kam es zum nächsten Eiszeitalter. Einer Hypothese zufolge war die Erde damals fast vollständig vereist (Schneeball Erde).

Superkontinente wandern über den Südpol hinweg

Vor etwa 542 Mio. Jahren – ungefähr 4 Mrd. Jahre nach ihrer Entstehung – trat die Erde mit der Ausbildung einer Tierwelt ins Phanerozoikum ein. Dieses teilt sich in die Ären Paläozoikum (Erdaltertum), Mesozoikum (Erdmittelalter) und Känozoikum (Erdneuzeit). Im Großteil ihrer Geschichte, auch im Großteil des Phanerozoikums, war die Erde ein weitgehend eisfreier Planet, das Klima also wärmer als heute. Die Hauptursache für das Auftreten von Eiszeitaltern liegt in der Plattentektonik. Denn die Lage großer Landmassen in Polnähe ist eine entscheidende Voraussetzung für die Vereisung der Pole. Ist das der Fall, kommt es zur selbstverstärkenden Eis-Albedo-Rückkoppelung.

So veranlasste die Wanderung des riesigen Urkontinents Gondwana (heute Südamerika, Afrika, Indien, Antarktis und Australien) über den Südpol vor rund 440 Mio. Jahren das silur-ordovizische Eiszeitalter. Seine Vereisungsspuren sind heute auch in der Sahara zu finden. Im Silur und Devon herrschte warmes, weltweit relativ ausgeglichenes Klima, da warme Meeresströmungen am Ostrand der Kontinente in Richtung Pole vordringen konnten. Vor etwa 360 Mio. Jahren begann das permo-karbone Eiszeitalter, wieder bedingt durch die Wanderung großer Landmassen über den Südpol und ein Minimum der Sonnenaktivität. Am Ende des Paläozoikums, im oberen Perm, ereignete sich das größte Massenaussterben der Erdgeschichte. Mögliche Ursache war eine Klimaänderung, die das Verbreitungsgebiet wärmeliebender Arten auf die Tethys, ein golfartiges Meer am Ostrand des Superkontinents Pangäa, beschränkte.

Abb. 2: Lage der Kontinente zum Höhepunkt des permo-karbonen Eiszeitalters vor ca. 300 Mio. Jahren (Blakey 2010).

Das warme Mesozoikum und die langsame Abkühlung der Erdneuzeit

Pangäa bestimmte das Klima auch zu Beginn des Mesozoikums, in der Trias. Aufgrund seiner Größe geht man von ausgedehnten Wüsten im Inneren des Superkontinents aus. Mit tropisch warmem Klima unterschieden sich mittlere, teilweise sogar höhere Breiten kaum von äquatornahen Gebieten. Der Monsun war vermutlich stark ausgeprägt und reichte ebenfalls bis in höhere Breiten. Zum Jura hin teilte sich Pangäa auf und es bildeten sich schmale Ozeane. Die Landflächen erhielten daher mehr Niederschlag, der Meeresspiegel stieg an. Im späten Jura erreichte die Temperatur ein Maximum. Die Kreidezeit wies weiterhin warmes und feuchtes Klima auf. Der Temperaturgradient zwischen Äquator und Pol nahm allerdings zu. Das ganze Mesozoikum blieb von umfassenden Vergletscherungen verschont.

Zum einen kann man in der Periodizität der Änderungen des Meeresspiegels und der Monsunintensität den Einfluss der Erdbahnparameter erkennen. Zum anderen herrschte u.a. durch starke vulkanische Aktivität ein erhöhter CO2-Gehalt in der Atmosphäre. Daneben wies die Kreidezeit ein Maximum der Sonnenaktivität auf. Die Kreide, und somit das Mesozoikum, endete vermutlich mit einem riesigen Meteoriteneinschlag nahe der mexikanischen Halbinsel Yukatán. Das Massensterben am Ende der Kreide, von dem auch die Dinosaurier betroffen waren, könnte daneben auch mit erhöhtem Vulkanismus zusammenhängen.

Literatur:

Wir danken Dr. Jürgen Reitner von der Geologischen Bundesanstalt in Wien, der zu diesem Artikel mit seiner Fachexpertise wesentlich beigetragen hat.

Blakey R.: Global Paleogeography. http://jan.ucc.nau.edu/%7Ercb7/globaltext2.html, abgerufen am 18.10.2010

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