Als die Erde noch ein eisig kalter Schneeball war

Vor gegen 700 Millionen Jahren erlebte die Erde eine massive Kältephase. Welche Formen sie annahm und wie weit sie ging, das war bisher unklar. Eine Erklärung liefern können Funde aus Spitzbergen, wo damals tropische Temperaturen herrschten. Forscher sind auf interessante Zusammenhänge gestossen.

Nadja Podbregar
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Spitzbergen: Ein Klimaarchiv. (Bild: fotolia)

Spitzbergen: Ein Klimaarchiv. (Bild: fotolia)

Ob die Erde einst komplett vereist war oder nicht, darüber streiten die Geologen und Klimaforscher schon lange. Zumindest dies scheint unstrittig: Vor 717 bis 660 Millionen Jahren und dann noch einmal vor 650 bis 635 Millionen Jahren kühlte sich die Erde so weit ab, dass sogar in tropischen Regionen Schnee fiel und es dort Gletscher gab.

Wie weit vergletschert?

Davon zeugen unter anderem in Kanada gefundene Gesteinsschichten aus dem Erdaltertum, die typische Furchungen, eisverbrachte Trümmer und andere Spuren der Gletscher aufweisen. Offen ist jedoch bis heute die Frage, wie weit diese Vergletscherung damals ging. War die komplette Erde so kalt, dass sogar der Wasserkreislauf stoppte und die Ozeane zufroren? Oder gab es trotz der Kälte immer noch offene Meeresgebiete auf unserem Planeten?

Spuren eines Sturms

Für letzteres spricht eine Gesteinsformation in der australischen Flinders Range, die zu jener Zeit am Meeresboden lag. In ihr entdeckten Forscher typische Spuren eines schweren Sturms, was ihrer Ansicht nach belegt, dass die Meeresoberfläche zumindest an dieser Stelle eisfrei gewesen sein muss. Behalten die Wissenschafter recht, dann war die Erde nicht komplett vereist, der Wasserkreislauf funktionierte noch.

Neue Erkenntnisse und vielleicht eine Erklärung für die Diskrepanzen liefert nun die sogenannte Wilsonbreen-Formation im Nordosten Spitzbergens. «Diese Gesteinsschichten enthalten detaillierte Informationen über die Umweltveränderungen am Ende der zweiten grossen Vereisung vor 650 bis 635 Millionen Jahren», berichten Douglas Benn vom University Centre in Longyearbyen und seine Kollegen.

Spitzbergen in den Tropen

Zu jener Zeit lag auch Spitzbergen in den Tropen. Wie die Forscher feststellten, sind in der 180 Meter dicken Wilsonbreen-Formation sieben verschiedene Schichten zu erkennen, die unter jeweils verschiedenen Bedingungen entstanden. Sechs davon spiegeln insgesamt drei Zyklen von Gletschervorstössen und Rückzügen wieder, die innerhalb von nur 100 000 Jahren abliefen. «Das Ende der Vereisung war demnach kein einfaches Umschalten vom Eishaus zum Treibhaus», erklären die Forscher. Stattdessen änderte sich das Klima in dieser Übergangszeit zyklisch.

Triebkraft dafür waren nicht primär erhöhte Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre, sondern Schwankungen der Erdachse. Vom mehrere Millionen Jahre dauernden Höhepunkt der «Schneeball-Phase» aber ist nur eine dünne Schicht von windverwehtem Sand und verwittertem Gestein erhalten.

Wie in der heutigen Antarktis

Weil in dieser Phase kaum Ablagerung stattfand, ist sie in dieser Formation – und wahrscheinlich auch vielen anderen – stark unterrepräsentiert. Was zu sehen ist, spricht aber nach Angaben der Forscher dafür, dass der Wasserkreislauf zumindest stark eingeschränkt gewesen sein könnte. Wahrscheinlich ähnelte ein Grossteil der Erde den Trockentälern der heutigen Antarktis: Kalte, sehr trockene Landschaften wechselten sich mit eisbedeckten Gletschergebieten ab.

Erklärungen für die Diskrepanz

«Nahezu alle bisher gefundenen Ablagerungen stammen aus der Zeit, als die Erde bereits wieder aufzutauen begann», schreibt Philip Allen vom Imperial College London in einem begleitenden Kommentar. Und er fügt bei: «Das könnte die Diskrepanz zwischen den bisherigen sedimentologischen Funden und einigen Klimamodellen erklären.»