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Snowball EarthZeitskala in MaSchneeball Erde englisch Snowball Earth oder Schneeball Erde ist eine geowissenschaftliche Hypothese uber mehrere globale Vereisungen im spaten Prakambrium Neoproterozoikum deren letzte Phase vor etwa 580 Millionen Jahren endete Wahrend dieser Eiszeitalter seien Gletscher von den Polen bis in Aquatornahe vorgestossen das Meer sei weitgehend zugefroren und somit nahezu die gesamte Erdoberflache von Eis bedeckt gewesen Inhaltsverzeichnis 1 Hypothese 2 Geologischer Befund zur Hypothese 3 Geschichte der Hypothese 3 1 Argumente 3 2 Gegenargumente und Alternativhypothesen 4 Literatur 5 Weblinks 6 EinzelnachweiseHypothese BearbeitenDie Hypothese wurde 1992 vom US amerikanischen Geologen Joseph L Kirschvink aufgestellt und mit Snowball Earth bezeichnet nachdem bereits von anderen Autoren entsprechende Eiszeitalter vermutet worden waren Schneeball Erde bezieht sich darauf dass die Erde damals vom Weltall aus wegen der geschlossenen Eisdecke uber den Meeren und den Kontinenten wie ein gigantischer Schneeball ausgesehen haben konnte Nachdem fruher eine Neoproterozoische oder Eokambrische Eiszeit am Ausgang des Proterozoikums oder im fruhen Kambrium bzw mehrere Varianten einer Varanger Eiszeit postuliert worden waren sind heute zwei inzwischen gut charakterisierbare und datierbare Vereisungen im Cryogenium die Sturtische und die Marinoische Eiszeit als mogliche Schneeball Erde Episoden in der Diskussion Es gibt noch unklare Hinweise auf eine mogliche dritte fruhere Eiszeit im Cryogenium Die im spateren Ediacarium liegende Gaskiers Eiszeit gilt heute wegen ihrer weitaus kurzeren Dauer nicht mehr als moglicher Kandidat Uber weitaus altere fruhere Vereisungsperioden wie die Huronische Eiszeit liegen zu wenige Daten vor so dass sie im Zusammenhang mit der Hypothese kaum diskutiert werden Die Vorstellung einer Gesamtvereisung der Erde ist zwar popular aber fachwissenschaftlich nach wie vor umstritten 1 Die wissenschaftliche Diskussion zieht die Verlasslichkeit und Interpretation der geologischen Befunde fur diese Hypothese in Zweifel da es deutliche Hinweise gegen eine damalige Gesamtvereisung gibt und der vorgeschlagene physikalische Mechanismus der zu einer derartigen Vereisung hatte fuhren sollen angezweifelt wird Andererseits wird die Schneeball Hypothese aufgrund der sich scheinbar widersprechenden geologischen Befunde gelegentlich als geowissenschaftliches Paradoxon bezeichnet 2 Geologischer Befund zur Hypothese BearbeitenAus dem spaten Proterozoikum uberliefert sind glazigene Ablagerungen wie Tillite die oft nur wenige Meter an manchen Stellen jedoch bis zu 2000 m machtig sind Diese Ablagerungen wurden mit Ausnahme der Antarktis auf allen Kontinenten nachgewiesen Eine direkte Datierung der Sedimente ist nicht moglich ihre Bildungszeit kann aber durch uber und unterlagernde Gesteine eingegrenzt werden Nach palaomagnetischen Rekonstruktionen lag zumindest ein Teil der entsprechenden Ablagerungsorte wahrend des gesamten spaten Proterozoikums in Aquatornahe 3 Daruber hinaus sind sie eng vergesellschaftet mit Gesteinen die auf eine Entstehung unter eher tropischen Bedingungen hinweisen so etwa Karbonatgesteine Rotsedimente und Evaporite 4 Dieser Befund fuhrt zu der Annahme dass die Erde in dieser Zeit bis in Aquatornahe von Eis bedeckt war Mindestens vier Vereisungen im spaten Proterozoikum vor 750 bis 580 Millionen Jahren lassen sich in fast allen Gegenden der Erde nachweisen 3 Eine Gesamtvereisung der Erde wird fur mindestens zwei dieser Vereisungen die Sturtische Eiszeit vor 715 bis 680 Millionen Jahren und die Marinoische Eiszeit vor 660 bis 635 Millionen Jahren vermutet 5 Daruber hinaus finden sich Spuren noch deutlich fruherer Vereisungen Die so genannte Huronische Eiszeit die sich aus Gesteinen um den Huronsee ableiten lasst fand vor etwa 2 3 bis 2 2 Milliarden Jahren statt Die palaomagnetischen Befunde aus den kanadischen Gesteinen sind umstritten 6 fur andere glazigene Gesteine dieses Alters wird eine Ablagerung in Aquatornahe diskutiert 4 Der Grund fur die Vereisungen soll das Auseinanderbrechen des damals bestehenden Superkontinents Rodinia gewesen sein Niederschlage konnten wieder Gebiete erreichen welche wegen der Grosse des Superkontinents vorher trocken und wustenahnlich waren Dadurch sind die dort oberflachlich anstehenden Gesteine neben der physikalischen auch wieder der chemischen Verwitterung ausgesetzt gewesen Das im Regenwasser geloste atmospharische Kohlendioxid spielte eine wichtige Rolle bei der Zersetzung bestimmter Minerale in diesen Gesteinen siehe Kohlensaureverwitterung Dabei wurde das Kohlendioxid in Hydrogencarbonat umgewandelt und mit dem abfliessenden Regenwasser in die Flusse und schliesslich ins Meer gespult wo es als Kalk ausgefallt und am Meeresboden abgelagert wurde Wegen der Entfernung des Treibhausgases aus der Atmosphare sanken die Temperaturen und losten eine erdweite Vergletscherung aus 7 Francis Macdonald und Robin Wordsworth von der Harvard University in Cambridge Massachusetts vermuten in einem 2017 veroffentlichten Aufsatz 8 dass die Sturtische Vereisung durch die sogenannten Franklin Flutbasalte im heutigen nordlichen Kanada ausgelost wurde Da die Laven sich ihren Weg durch vormals abgelagerte sulfatische Evaporitgesteine bahnen mussten wurden durch diesen Vulkanismus ungewohnlich grosse Mengen an Schwefelgasen SO2 H2S freigesetzt die in die Stratosphare aufstiegen dort Aerosole bildeten und das Sonnenlicht reflektierten 9 Auch der Ruckzug des Eises wird auf Vulkanismus zuruckgefuhrt Der erhohte Ausstoss von Kohlenstoffdioxid durch Vulkane an den Randern von Kontinentalplatten fuhrte zu einer Erhohung der Temperatur und damit zum Schmelzen des Eises Einer zusatzlichen Vermutung nach haben sich wahrend und als Folge dieser Eiszeiten mehrzellige Lebewesen Metazoen entwickelt die sich nach dem Ende der Eiszeit im Ediacarium vor 635 bis 541 Millionen Jahren explosionsartig verbreiteten Ediacara Fauna Geschichte der Hypothese BearbeitenBrian Harland von der Universitat Cambridge publizierte 1964 in verschiedenen geologischen Fachmagazinen die Schlussfolgerung seiner geomagnetischen Untersuchungen dass die weltweit verbreiteten glazigenen Sedimente des spaten Proterozoikums in der Nahe des Aquators abgelagert wurden 10 Modellrechnungen des russischen Wissenschaftlers Michail Budyko die er am Staatlichen Hydrologischen Institut der Universitat von St Petersburg durchfuhrte ergaben die Moglichkeit eines positiven Ruckkopplungseffekts der bei einem gewissen Ausmass der Vereisung dazu fuhrt dass sich diese weiter fortsetzt bis die gesamte Erde vereist ist 7 Die Weiterentwicklung der Hypothese geht auf den Geologen Joseph Kirschvink zuruck der 1987 am kalifornischen Caltech arbeitete Er untersuchte mit Hilfe seiner Studentin Dawn Sumner eine Probe aus der Elatina Formation der Flinders Range Flinderskette in South Australia Die Probe stammte von einem rhythmisch gebanderten Siltstein der zusammen mit auf Vergletscherungsvorgange zuruckgefuhrten Gesteinen wie als Tillite interpretierten Diamiktiten und durch Eisberge abgelagerten Dropstones aufgeschlossen war Die Probe zeigte eine remanente Magnetisierung die auf eine Ablagerungsposition in der Nahe des Aquators hinwies Da Kirschvink nicht glauben konnte dass eine Vergletscherung bis in niedrige Breiten reichen konnte wurden weitere Untersuchungen auch von anderen Wissenschaftlern und mit anderer Methodik an dieser und anderen Proben aus der Flinders Range durchgefuhrt die die ersten Ergebnisse bestatigten 11 Zu den proterozoischen Vereisungen wurden Ende der 1980er weitere Arbeiten veroffentlicht 12 Kirschvink schliesslich publizierte seine Schlussfolgerungen 1992 und fuhrte die Bezeichnung Schneeball Erde Snowball Earth ein 13 Unterstutzung fand er unter anderem bei Paul Hoffman vom Department of Earth and Planetary Sciences der Harvard University der mit anderen Wissenschaftlern proterozoische Sedimente in Namibia untersuchte 14 Die Verteilung proterozoischer Sedimente und die Verlasslichkeit der vorliegenden Daten wurde von D Evans von der University of Western Australia untersucht und die Ergebnisse 1997 und 2000 publiziert 15 16 Er kommt zu dem Schluss dass nur sehr wenige verlassliche palaomagnetische Daten fur diese Sedimente vorliegen dass sich aus der Gruppe der verlasslichen Daten jedoch vor allem aquatornahe Positionen ableiten lassen Das Thema wurde mehrfach von popularwissenschaftlichen Magazinen aufgegriffen 17 7 2003 wurde der Hintergrund der Hypothese von Gabrielle Walker in ihrem Buch Snowball Earth dargestellt Sie konzentriert sich in diesem Buch vor allem auf die Person des Geologen Paul Hoffman Die Darstellung des Themas ist nicht unumstritten Argumente Bearbeiten Die Herkunft einiger Sedimentserien aus glazigenen Vorgangen wurde schon seit Anfang des 20 Jahrhunderts diskutiert so in den Sparagmiten Norwegens 18 und Gesteinen vom Unterlauf des Jangtsekiang in China 19 Die 1949 veroffentlichten Ergebnisse der Untersuchungen des australischen Geologen und Antarktisforschers Sir Douglas Mawson 12 in den prakambrischen Anteilen der Flinderskette in South Australia Sudaustralien zeigten dass hier Ablagerungen eines Flachmeeres ebenfalls unter eiszeitlichen Bedingungen stattgefunden haben mussten Ahnliche Sedimente wurden auch im sudlichen Afrika gefunden Es blieb jedoch offen in welchen Breiten die Kontinente damals gelegen waren ob in Polnahe oder nahe dem Aquator Die Modellrechnungen des russischen Klimatologen Michail Budyko 20 sagen einen positiven Ruckkopplungseffekt vorher sobald sich die Eiskappen der Pole uber den dreissigsten Breitengrad hin Richtung Aquator ausdehnen Die Reflexion der Sonneneinstrahlung durch die Eismassen Albedo wurde durch den Einfallswinkel in diesen Breiten so gross dass eine uberproportionale Abkuhlung der gesamten Erdoberflache eintrate Nur die unteren Schichten der Meere blieben dann durch die Eigenwarme der Erde unvereist 21 nbsp 2 1 Milliarden Jahre altes Bandereisenerz aus Nordamerika Staatliches Museum fur Mineralogie und Geologie Dresden Joseph Kirschvink brachte 1992 in seiner Veroffentlichung 13 neben den Ergebnissen der palaomagnetischen Untersuchungen das Argument vor dass eisenerzreiche Sedimente Bandererze des Rapitan Typs die auf das Ende des Neoproterozoikums datiert wurden aufgrund des Sauerstoffmangels der vereisten Ozeane entstanden sein mussten Ohne gelosten Sauerstoff konne sich das aus dem Erdmantel austretende Eisen in Form zweiwertiger Ionen Fe2 im Wasser losen Kirschvink vermutete dass mit dem Abtauen der Eismassen der Anteil an gelostem Sauerstoff in den Ozeanen wieder ansteigen konnte da wieder eine Verbindung der Wasseroberflache zur Atmosphare bestand Im Zuge dessen sei das Eisen oxidiert worden und grosse Mengen an Verbindungen dreiwertigen Eisens seien ausgefallen und hatten sich in den Sedimenten abgelagert 1998 publizierten Paul Hoffman Daniel Schrag und andere Autoren die Ergebnisse ihrer Untersuchungen von Karbonatgesteinen der Otavi Group im nordlichen Namibia die mit scharfem Kontakt auf den eiszeitlichen Sedimenten lagern engl cap carbonates Deckkarbonate 14 Die darin festgestellte sehr ausgepragte negative d13C Anomalie bis 6 das heisst ein im Verhaltnis zum Kohlenstoffisotop 13C deutlich erhohter Anteil des Kohlenstoffisotops 12C wurde als weiterer Hinweis auf eine weitreichend vereiste Erde mit nur geringer biologischer Aktivitat interpretiert Weil Organismen bevorzugt das leichtere Kohlenstoffisotop 12C aufnehmen wird dieses in erdgeschichtlichen Zeitraumen mit normaler Biomasseproduktion im Kohlenstoffkreislauf abgereichert und in Form organikreicher Sedimente abgelagert was zu einer relativen Zunahme von 13C in gleichzeitig gebildeten anorganischen Kohlenstoffvorkommen Karbonaten fuhrt Da die Deckkarbonate der Otavi Group relativ viel 12C aufweisen schliessen Hoffman und seine Co Autoren daraus auf einen globalen Zusammenbruch der Biomasseproduktion den sie wiederum auf die vorhergehende umfassende Vereisung der Erde zuruckfuhren Das Ende der Vereisung wurde nach ihrem Modell durch vulkanische Ausgasung herbeigefuhrt die den Kohlendioxid Gehalt der Erdatmosphare auf das 350 Fache des heutigen Wertes ansteigen liess und eine rasche deutliche Erwarmung der Erde und das abrupte Abschmelzen des Eises nach sich zog Der Eintrag des atmospharischen Kohlendioxids in die nun wieder eisfreien Ozeane habe schliesslich zur Bildung der Deckkarbonate durch abiogene Ausfallung von Kalziumkarbonat in warmen Schelfmeeren gefuhrt Gegenargumente und Alternativhypothesen Bearbeiten Die Kritik an der Hypothese vom Schneeball Erde fusst vor allem darauf dass sehr weitreichende Schlussfolgerungen aus wenigen und unzureichenden Daten gezogen werden Palaomagnetische Rekonstruktionen von Gesteinen aus dem Proterozoikum sind mit erheblichen Unsicherheiten behaftet Lage und Ausmass der Kontinente zu dieser Zeit waren zum Zeitpunkt der Formulierung der Hypothese nicht verlasslich rekonstruiert 22 beziehungsweise sind unterschiedlich moglich 15 Viele Hinweise sprechen zwar durchaus fur eine oder mehrere Eiszeiten und auch fur ausgedehnte kontinentale Eisschilde bis in Aquatornahe in diesen Perioden eine weitgehend vereiste Erde wie im Szenario des Schneeball Erde sei daraus jedoch nicht zwangslaufig abzuleiten Daruber hinaus sind aus der fraglichen Zeit Sedimentstrukturen sogenannte Rippelmarken uberliefert die auf offene Ozeane wahrend einer Eiszeit schliessen lassen 23 Des Weiteren gebe es Hinweise in der Sedimentuberlieferung dass in den Eisrandlagen gemassigtes Klima geherrscht habe 24 Auch deute die hohe Machtigkeit der neoproterozoischen Glazialablagerungen darauf hin dass keine katastrophal schnelle Erwarmung der Erde und damit kein rapides Abschmelzen der Gletscher stattgefunden haben konne sondern dass sich das Klima allmahlich geandert habe 24 Zudem zeigten die d13C Daten der Deckkarbonate dass der d13C Wert von ihrer Basis zum Hangenden d h mit abnehmendem Alter des Gesteins nicht ab sondern zunehme Hingegen sei zu erwarten dass der d13C Minimalwert wahrend der Hochphase der Vereisung erreicht worden sei und nicht erst im Verlauf der Sedimentation der Karbonatgesteine auf dem wieder eisfreien Schelf Der anhaltend niedrige bzw noch absinkende d13C Wert wahrend der Karbonatsedimentation bedeute gemass der Hoffman schen Interpretation als Resultat der abiogenen Fallung atmospharischen Kohlendioxids dass der nacheiszeitliche Ozean uber einen unrealistisch langen Zeitraum faktisch unbelebt war 24 Eine uber Millionen von Jahren andauernde komplette Vereisung hatte auf Basis der Photosynthese sauerstoffproduzierende Lebensformen nahezu unmoglich gemacht Eine oxidierende Atmosphare mit Ruckschluss auf entsprechende Lebensformen ist aber seit dem Archaikum also vor mindestens 2 4 Milliarden Jahren belegt Fliessgewasser 25 und weitverbreitete Lebensformen 26 seit uber 3 5 Milliarden Jahren Andere Stoffwechselmechanismen sind zwar bekannt und heute noch existent so bei Lebensgemeinschaften der Schwarzen Raucher der Tiefsee in lichtlosen Raumen bei chemoautotrophen Archaeen und Schwefelbakterien und in heissen hydrothermalen Quellen Auch werden Funde von Hydrothermalerzen in rund 535 Millionen Jahre alten Sedimentschichten der Jangtsekiang Plattform im Sudosten Chinas als Hinweis auf solche Vorgange im fruhen Kambrium angefuhrt Eine ganzliche Umstellung der Stoffwechselvorgange und nachtragliche Wiedererfindung gilt aber als eher unwahrscheinlich Auch alternative Erklarungen greifen fur eine Erklarung der aquatornahen Vereisungen auf umstrittene Hypothesen zuruck So wird als eine mogliche Erklarung eine starker geneigte Erdachse so dass die Jahreszeiten in niedrigen Breiten extremer ausfielen als heute gesehen oder eine andere Erklarung ein andersartiger Kohlenstoffkreislauf der standig zwischen zwei Extremen schwankte herangezogen 27 Literatur BearbeitenGabrielle Walker Snowball Earth The Story of a Maverick Scientist and His Theory of the Global Catastrophe That Spawned Life as We Know It Three Rivers Press 2004 ISBN 1 4000 5125 8 Gabrielle Walker Schneeball Erde Bvt Berliner Taschenbuch Verlag Berlin 2005 ISBN 3 8333 0138 4 Peter Ward Joe Kirschvink Eine neue Geschichte des Lebens Wie Katastrophen den Lauf der Evolution bestimmt haben Pantheon Verlagsgruppe Random House GmbH 2018 ISBN 978 3 570 55307 7 Weblinks BearbeitenWebsite mit ausfuhrlichen Informationen und Bibliografie zum Thema Website der Befurworter der Hypothese u a Paul Hoffman und Daniel Schrag englisch Nico and Marilyn Van Wingen Webseite von Joseph L Kirschvink CalTech Biological Planetary Sciences Memento im Webarchiv vom 20 Dezember 2008 englisch Daniel Lingenhohl Schneeball Erde Erde gefror in kurzester Zeit 10 Juni 2018 spektrum de abgerufen am 31 Juli 2023 Prakash Chandra Arya Claude Nambaje Madhusoodhan Satish Kumar Sasidharan Kiran Krishnan Sajeev Himalayan magnesite records abrupt cyanobacterial growth that plausibly triggered the Neoproterozoic Oxygenation Event In Precambrian Research Band 395 1 September 2023 S 107129 doi 10 1016 j precamres 2023 107129 ResearchGate Epub 17 Juli 2023 englisch Dazu 600 Million Year Old Time Capsule New Discoveries From the Himalayas Shed Light on Earth s Past Auf SciTechDaily vom 31 Juli 2023Einzelnachweise Bearbeiten Ute Kehse Keine Schneeball Erde Bild der Wissenschaft Online 1 Dezember 2008 Artikel auf der Grundlage einer Veroffentlichung von Philip Allen James Etienne Sedimentary challenge to Snowball Earth In Nature Geoscience 1 2008 S 817 825 Online Veroffentlichung vom 30 November 2008 David A D Evans Stratigraphic geochronological and paleomagnetic constraints upon the Neoproterozoic climatic paradox In American Journal of Science Band 300 Nr 5 ISSN 0002 9599 S 347 433 doi 10 2475 ajs 300 5 347 a b Roland Walter Erdgeschichte Die Entstehung der Kontinente und Ozeane 5 Auflage De Gruyter 2003 ISBN 3 11 017697 1 S 61 a b D A Evans u a Low latitude glaciation in the Palaeoproterozoic era In Nature 386 1997 S 262 266 Abstract G A Shields Zhou A C Hill B A Macgabhann The Cryogenian Period In Felix Gradstein James Ogg Mark Schmitz Gabi Ogg Hrsg The Geologic Time Scale 2012 Elsevier 2012 ISBN 978 0 444 59425 9 Chapter 17 doi 10 1016 B978 0 444 59425 9 00017 2 Phillip W Schmidt George E Williams Paleomagnetism of the Lorrain Formation Quebec and Implications for The Latitude of Huronian Glaciation In Geophysical Research Abstracts Vol 5 08262 2003 PDF 23 kB a b c Joachim Schuring Schneeball Erde Memento vom 12 Februar 2013 im Webarchiv archive today spektrumdirekt 13 August 2001 F A Macdonald R Wordsworth Initiation of Snowball Earth with volcanic sulfur aerosol emissions In Geophysical Research Letters 44 Nr 4 2017 S 1938 1946 doi 10 1002 2016GL072335 Vgl Lars Fischer Geoengineering gone bad Machten Schwefeltropfen die Erde zur Eiskugel spektrum de 10 Mai 2017 abgerufen am 11 Mai 2017 W B Harland Critical 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Stratigraphic geochronological and paleomagnetic constraints upon the Neoproterozoic climatic paradox In American Journal of Science 300 2000 S 347 433 Abstract W B Harland M J S Rudwick The great infra Cambrian ice age In Scientific American August 1964 S 42 49 O Holtedahl A tillite like conglomerate in the Eocambrian sparagmite of southern Norway In American Journal of Science 4 1922 S 165 173 Y Y Lee The Sinian glaciation in the lower Yangtze valley In Bulletin of the Geological Society of China 15 1936 S 131 000 M I Budyko The Effect of Solar Radiation Variations on the Climate of the Earth In Tellus Band 21 1969 S 611 619 Thayer Watkins Mikhail I Budyko s Ice Albedo Feedback Model Memento des Originals vom 24 Marz 2008 im Internet Archive nbsp Info Der Archivlink wurde automatisch eingesetzt und noch nicht gepruft Bitte prufe Original und Archivlink gemass Anleitung und entferne dann diesen Hinweis 1 2 Vorlage Webachiv IABot www applet magic com Department of Economics San Jose State University C R Scotese More Information About the Late Precambrian PALEOMAP Project Philip Allen James Etienne Sedimentary challenge to Snowball Earth In Nature Geoscience 1 2008 S 817 825 Online Veroffentlichung vom 30 November 2008 a b c Nicholas Christie Blick u a Considering a Neoproterozoic Snowball Earth In Science Band 284 Nr 5417 14 Mai 1999 S 1087 B Windley The Evolving Continents Wiley Press New York 1984 J Schopf Earth s Earliest Biosphere Its Origin and Evolution Princeton University Press Princeton N J 1983 https www wissenschaft de astronomie physik keine schneeball erde Abgerufen von https de wikipedia org w index php title Schneeball Erde amp oldid 236879655