Klimahistorie - Schnee und Eis

Chronologische Abhandlung über Schnee und Eis auf der Erde

Die Geschichte von Schnee und Eis auf der Erde ist eng mit den klimatischen und geologischen Entwicklungen des Planeten verbunden. Seit der Entstehung der Erde vor etwa 4,5 Milliarden Jahren haben sich Temperaturen und Umweltbedingungen stark verändert. Im Laufe der Erdgeschichte gab es Perioden extremer Kälte, in denen große Teile des Planeten von Eis bedeckt waren, sowie wärmere Phasen, in denen Schnee und Eis auf ein Minimum reduziert wurden. Hier eine chronologische Abhandlung über das Vorhandensein von Schnee und Eis auf der Erde:

1. Frühzeit der Erde (vor 4,5 Milliarden bis ca. 2,5 Milliarden Jahren)

Hadaikum und Archaikum: In der Frühzeit der Erde war der Planet viel zu heiß für Schnee und Eis. Die Erde formte sich aus heißen Gesteinsmassen, und in den ersten Hunderten von Millionen Jahren gab es keine festen Oberflächen, geschweige denn Schnee oder Eis.
Abkühlung: Erst im späten Hadaikum und frühen Archaikum begann die Erdkruste zu erstarren und Ozeane zu formen, nachdem die Oberfläche stark abgekühlt war. Die Temperaturen blieben jedoch noch lange über dem Gefrierpunkt.

2. Erste Eiszeiten und „Schneeball Erde“ (vor 2,5 Milliarden bis 600 Millionen Jahren)

Paläoproterozoische Eiszeit (vor etwa 2,4 bis 2,1 Milliarden Jahren): Die erste größere Vereisung der Erde, auch als Huronische Eiszeit bekannt, trat während des Großen Sauerstoffereignisses auf. Die Erhöhung des Sauerstoffgehalts führte möglicherweise zu einem Rückgang der Treibhausgase und verursachte eine globale Abkühlung. Diese Phase gilt als die älteste bekannte Eiszeit.
„Schneeball Erde“-Hypothese (vor 720 bis 635 Millionen Jahren): Während des späten Präkambriums (in der Cryogenium-Periode) trat eine extreme Eiszeit auf, bei der die gesamte Erdoberfläche, einschließlich der Ozeane, möglicherweise vollständig mit Eis bedeckt war. Diese Theorie wird als „Schneeball Erde“ bezeichnet. In dieser Zeit könnte Schnee bis in tropische Breiten gefallen sein, und das Eis könnte kilometerdick gewesen sein. Es gab mindestens zwei extreme Eiszeiten in dieser Periode.

Wie kam es zu dieser extremen Vereisung und wie kam die Erde aus dem Schneeball wieder heraus?

Die Idee, dass die Erde einst vollständig mit Schnee und Eis bedeckt war, wird als „Schneeball Erde“-Hypothese bezeichnet. Diese extreme Vereisung ereignete sich mehrmals in der Erdgeschichte, insbesondere während des Cryogeniums (vor etwa 720 bis 635 Millionen Jahren). Dabei war die Erde so stark abgekühlt, dass selbst tropische Regionen von Eis bedeckt waren. Doch die Erde konnte sich trotz dieser extremen Bedingungen wieder aufwärmen und aus dem „Schneeball“-Zustand entkommen.

Ursachen der völligen Vereisung („Schneeball Erde“)

Die Ursachen für diese umfassenden Vereisungen sind vielfältig und umfassen mehrere sich gegenseitig verstärkende Faktoren:

Verringerung von Treibhausgasen:

Der Hauptgrund für die extreme Abkühlung war wahrscheinlich eine dramatische Verringerung von Treibhausgasen wie Kohlendioxid (CO₂) in der Atmosphäre.
Ein starker Rückgang von vulkanischer Aktivität oder biologische Prozesse könnten das CO₂ aus der Atmosphäre reduziert haben, was die Wärmespeicherung in der Atmosphäre schwächte und zu einer globalen Abkühlung führte.

Veränderung der Kontinentverteilung:

Zu dieser Zeit gab es Superkontinente, die größtenteils nahe am Äquator lagen. Diese Verteilung der Kontinente führte zu einer erhöhten Verwitterung durch Niederschlag und Flüsse, die CO₂ aus der Atmosphäre zogen und im Ozean in Form von Karbonaten ablagerten. Dies verringerte den CO₂-Gehalt in der Atmosphäre weiter, was den Treibhauseffekt weiter schwächte.
Zudem führte die Kontinentverteilung zu einer großen Menge an freiem Ozean in den Polarregionen, der anfälliger für Vereisung war.

Albedo-Effekt:

Sobald Eis und Schnee sich ausbreiteten, verstärkte der sogenannte Albedo-Effekt die Abkühlung. Eis und Schnee reflektieren einen großen Teil des Sonnenlichts zurück ins All, wodurch weniger Sonnenenergie von der Erdoberfläche absorbiert wurde. Dies führte zu einem sich selbst verstärkenden Kreislauf: Je mehr die Erde vereiste, desto stärker wurde die Abkühlung.
Durch die zunehmende Ausdehnung der Eiskappen und Schneeflächen wurde immer mehr Sonnenenergie reflektiert, was die Erde weiter abkühlte und letztendlich zur globalen Vereisung führte.

Wie kam die Erde wieder aus dem Schneeball-Zustand heraus?

Trotz der extremen Vereisung konnte die Erde sich wieder aus diesem Zustand befreien. Es gab zwei zentrale Mechanismen, die das Ende der „Schneeball Erde“-Phase herbeiführten:

Vulkanische Aktivität und Anhäufung von CO₂:

Selbst während die Erde vollständig vereist war, gab es weiterhin vulkanische Aktivität. Vulkane setzten kontinuierlich CO₂ in die Atmosphäre frei. Da die Ozeane und die Landoberflächen jedoch durch das Eis vollständig abgedeckt waren, gab es keine Verwitterung oder biologische Prozesse, um das CO₂ zu absorbieren.
Über Millionen von Jahren konnte sich in der Atmosphäre eine immer höhere Konzentration von CO₂ ansammeln. Ohne den natürlichen Kreislauf, der CO₂ bindet, stieg der Treibhauseffekt unaufhaltsam an.

Erdrückkehr aus dem „Schneeball“ durch Treibhauseffekt:

Als der CO₂-Gehalt schließlich hoch genug war, verstärkte sich der Treibhauseffekt so stark, dass die Temperaturen allmählich wieder anstiegen, selbst trotz der hohen Albedo des Eises. Das CO₂, das über Jahrmillionen von Vulkanen in die Atmosphäre abgegeben wurde, begann nun, die Wärme auf der Erde wieder einzufangen.
Die Erwärmung setzte eine Kettenreaktion in Gang: Sobald einige Eisflächen zu schmelzen begannen, reduzierte sich der Albedo-Effekt, was zu einer stärkeren Absorption von Sonnenenergie führte. Dadurch schmolz immer mehr Eis, was den Prozess beschleunigte.

Das Ende der „Schneeball Erde“-Phase und die Rückkehr zu einem wärmeren Klima

Sobald das Eis zu schmelzen begann, kam es wahrscheinlich zu einem extremen Treibhauseffekt, da die enormen Mengen an CO₂ in der Atmosphäre nicht sofort abgebaut werden konnten. Es wird angenommen, dass dieser Effekt das Klima der Erde in einer relativ kurzen geologischen Zeitspanne wieder aufheizte und zu einer Warmzeit führte, die möglicherweise zu einer der heißesten Perioden der Erdgeschichte wurde.

Post-Schneeball Warmzeit: Nachdem die Erde aus dem Schneeball-Zustand herausgekommen war, gab es vermutlich eine Periode mit extrem hohen Temperaturen, bis der CO₂-Gehalt durch geologische Prozesse wieder auf normale Werte gesunken war.
Entwicklung des Lebens: Diese dramatische Klimaveränderung könnte auch die Evolution maßgeblich beeinflusst haben. Die extreme Vereisung könnte evolutionären Druck auf Organismen ausgeübt haben, sich anzupassen. Es wird vermutet, dass sich nach dem Ende der Schneeball-Perioden das Leben auf der Erde in einer neuen Vielfalt und Komplexität ausbreitete, was schließlich zur kambrischen Explosion führte – einer Zeit des explosionsartigen Anstiegs der Artenvielfalt auf der Erde.

Fazit

Die „Schneeball Erde“-Hypothese beschreibt eine Zeit in der Erdgeschichte, in der die Erde vollständig vereist war. Ursachen waren ein Rückgang von Treibhausgasen, Veränderungen in der Verwitterung sowie der Albedo-Effekt. Die Wiedererwärmung der Erde erfolgte durch die langsame Anhäufung von CO₂ durch vulkanische Aktivität, die schließlich zu einem verstärkten Treibhauseffekt führte. Dieses Ereignis war nicht nur entscheidend für das Klima, sondern auch für die Entwicklung des Lebens auf der Erde.

Die Erde war einmal vollständig mit Schnee und Eis bedeckt – die Erde als Schneeball.

3. Kambrium und Ordovizium (vor 541 bis 443 Millionen Jahren)

Nach dem Ende des Cryogeniums kam es im Kambrium zu einer Erwärmungsphase, in der die Eisschilde schmolzen und das Leben im Ozean explosionsartig wuchs.
Während des späten Ordoviziums ereignete sich eine weitere Eiszeit, die als Anden-Sahara-Eiszeit bekannt ist. Diese führte zu einer kurzen, aber bedeutenden Abkühlung mit Gletschern, die sich in den südlichen Kontinenten bildeten.

4. Karbon- und Perm-Eiszeiten (vor 360 bis 250 Millionen Jahren)

Karbonische Vereisung (vor 360 bis 300 Millionen Jahren): Im Karbon und frühen Perm kam es zu einer weiteren bedeutenden Eiszeit, die oft als Karoo-Eiszeit bezeichnet wird. In dieser Zeit war der Superkontinent Gondwana, der Teile des heutigen Südamerikas, Afrikas, Indiens und Australiens umfasste, stark vergletschert.
Die Erde erlebte in dieser Zeit große Schwankungen im CO₂-Gehalt der Atmosphäre, was zu langen und intensiven Eiszeiten führte. Große Gletscher bedeckten die südlichen Landmassen, und Schnee und Eis prägten das Klima der südlichen Hemisphäre.

5. Warmzeiten der Trias und Kreidezeit (vor 250 bis 66 Millionen Jahren)

Nach dem Ende des Perm trat die Erde in eine Phase ohne bedeutende Vereisung ein. Während der Trias, Jura und Kreidezeit gab es überwiegend warme, subtropische Bedingungen.
Selbst die Polarregionen waren größtenteils eisfrei, und die Erde erlebte eine der wärmsten Perioden ihrer Geschichte. Es gab kaum permanente Eisbedeckung, und Schnee war nur in hohen Gebirgen und kälteren Regionen zu finden.

6. Känozoische Eiszeit (vor 66 Millionen Jahren bis heute)

Eozän (vor etwa 55 bis 33 Millionen Jahren): Nach dem Aussterben der Dinosaurier trat die Erde in eine Phase der Abkühlung ein. Während des späten Eozäns begann sich die Antarktis allmählich zu vergletschern, und Schnee und Eis wurden ein fester Bestandteil der südlichen Polarregion.
Oligozän (vor 33 Millionen Jahren): In dieser Zeit bildeten sich die ersten stabilen Eisschilde auf der Antarktis. Dies war der Beginn der heutigen antarktischen Eisdecke.

7. Quartäre Eiszeit (vor 2,6 Millionen Jahren bis heute)

Das Quartär, das die letzten 2,6 Millionen Jahre umfasst, ist geprägt von wiederkehrenden Gletschervorstößen und Rückzügen (Glazial- und Interglazialperioden). Diese Phase markiert den Beginn der modernen Eiszeiten.
Während der Höchstphase der letzten Eiszeit (vor etwa 20.000 Jahren), die als Würm-Eiszeit in Europa bekannt ist, waren große Teile Nordamerikas, Europas und Asiens unter dicken Eisschilden begraben. Schneefall und extreme Kälte herrschten in diesen Regionen.
In den letzten 10.000 Jahren, während des Holozäns, befindet sich die Erde in einer Interglazialperiode (wärmere Phase), die es dem menschlichen Zivilisationsaufbau ermöglichte. Trotzdem gibt es noch immer große Eismassen auf der Erde, insbesondere auf der Antarktis und in Grönland.

8. Heute

Heutiger Zustand, Anthropozän (informal, seit der industriellen Revolution): Der heutige Zustand des Erdklimas wird durch einen Rückgang der Gletscher und Eisschilde beeinflusst, während die Antarktis-Eisschilde teilweise instabil werden.

Fazit

Schnee und Eis sind seit Milliarden von Jahren Teil der Erdgeschichte, wobei es Perioden gab, in denen fast der gesamte Planet von Eis bedeckt war, sowie Phasen, in denen die Erde fast vollständig eisfrei war. Diese Veränderungen sind durch eine Kombination von tektonischen Bewegungen, atmosphärischen Zusammensetzungen und biologischen Aktivitäten verursacht worden.