Hinweise auf „Schneeball-Erde“ in uralten Gesteinen gefunden

Die Erde hat viele geologische Phasen durchlaufen, aber es gab eine bemerkenswerte Periode der Stagnation: Unser Planet erlebte eine tropische Umgebung, in der Algen und einzellige Organismen fast 2 Milliarden Jahre lang florierten. Dann änderte sich alles drastisch, als der Planet in eine tiefe Kälte gestürzt wurde.

Bisher war unklar, wann die Erde zu einem gigantischen Gefrierschrank wurde. Nun haben Forscher des University College London in einem Felsvorsprung in Schottland, der sogenannten Port-Askaig-Formation, Beweise gefunden, die den Übergang von einer tropischen Erde zu einer gefrorenen Erde vor 717 Millionen Jahren belegen. Dies markiert den Beginn der Sturt-Eiszeit und wäre die erste von zwei “Schneeball Erde” Ereignisse, bei denen ein Großteil der Oberfläche des Planeten mit Eis bedeckt war. Man geht davon aus, dass nach dem Auftauen der Erde mehrzelliges Leben zu entstehen begann.

Dieser Felsvorsprung in der Port-Askaig-Formation, der auf den als Garvellachs bekannten schottischen Inseln gefunden wurde, ist einzigartig, weil er den ersten schlüssigen Beweis dafür liefert, wann eine tropische Erde zugefroren ist – darunter liegende Schichten, die eine Zeitlinie von einer wärmeren Ära zu einer eisigeren darstellen. Andere Gesteine, die im selben Zeitraum in anderen Teilen der Welt entstanden, weisen diesen Übergangsbeweis nicht auf, da uralte Gletscher ihn höchstwahrscheinlich abgekratzt haben.

„Der Port Askaig bewahrt eine relativ vollständige Aufzeichnung der globalen „Sturtian-Eiszeit“, sagten die Forscher in einem Studie kürzlich im Journal of the Geological Society veröffentlicht.

In meiner Schneeball-Ära

Unter den Gesteinen, die während der Sturtianischen Eiszeit entstanden, befindet sich eine tiefe Schicht aus Karbonatgestein, die als Garb-Eileach-Formation bekannt ist. Diese wurden auf die warme, tropische Tonium-Periode datiert, die vor 1 Milliarde Jahren begann und bis vor 717 Millionen Jahren andauerte, als die Kälte einsetzte. Die jüngsten Gesteine ​​dieser Formation zeugen vom Übergang zur ersten „Schneeball-Erde“.

Warum musste die Erde überhaupt eine so große Kälte ertragen? Ein plötzlicher Rückgang der Sonneneinstrahlung führte wahrscheinlich zu einem besonders langen Winter, der einen (verzeihen Sie das Wortspiel) Schneeballeffekt auslöste. Bei weniger Strahlung bildet sich mehr Eis, und mehr Eis sorgt für eine stärkere Reflexion des Planeten, was bedeutet, dass mehr Sonnenlicht in den Weltraum zurückgeschickt wird und der Planet weiter abkühlt, wodurch sich noch mehr Eis bilden kann.

Um herauszufinden, wann diese globale Kälte begann, sammelte das Forschungsteam 11 Sandsteinproben von den Garvellach-Inseln, um Zirkone im Sandstein zu analysieren. Zirkone sind besonders nützlich bei der Datierung von Gesteinsformationen, da sie oft so alt sind wie das Gestein, in dem sie sich befinden, was einige von ihnen zu den ältesten Mineralien der Erde macht. Sie widerstehen auch dem chemischen Abbau. Besonders wichtig an Zirkonen ist, dass sie Uran enthalten, das über lange Zeiträume zu Blei zerfällt. Die Menge an Uran, die sich in Blei umgewandelt hat, kann uns Aufschluss darüber geben, wie viel Zeit seit der Entstehung des Zirkons vergangen ist.

Nur eine Phase

Mithilfe von Laserablation (einer Art der Laserbildgebung, die zeigt, wie Elemente und Isotope in einer Probe verteilt sind) und Plasma-Massenspektrometrie ermittelten die Forscher das Uran-Blei-Verhältnis. Die Zeit, die das Uran benötigte, um zu Blei zu werden, entsprach ihren Schätzungen, die auf früheren Studien beruhten, die den Zeitpunkt des Beginns der Sturtium-Eiszeit geschätzt, aber nicht bestätigt hatten.

Die Zirkone im Felsvorsprung verrieten den Forschern außerdem, dass die Sturtianische Eiszeit etwa 58 Millionen Jahre dauerte. Kurz darauf folgte die Marinoanische Eiszeit, die vermutlich weitere 16 Millionen Jahre dauerte. Beide Phasen der „Schneeball-Erde“ bilden die sogenannte kryogene Periode. Die Gesteine, die diese Zirkone enthalten, wurden wahrscheinlich von einem wandernden Gletscher abgelagert, als der Superkontinent Rodinia (der dem berühmteren Pangaea vorausging) auseinanderbrach.

Die Port Askaig Formation ist nun, wie die Wissenschaftler in der gleichen Studie„eines der umfangreichsten (bis zu 1,1 km) und vollständigsten Dokumente kryogener Vereisung.“

Da Gletscher diese Formation nicht weggeschabt haben, ist auch eine Aufzeichnung davon erhalten, wann die Erde wieder zu erwärmen begann. Die Zirkonkristalle, die während der Sturt-Eiszeit entstanden, verschwinden allmählich in jüngeren Gesteinen, bis sie durch Zirkone ersetzt werden, die sich nach dem Beginn des Eisschmelzens bilden. Es gibt also nicht nur Beweise für den Beginn des Tiefkühlens, sondern auch für das Tauen, das vor etwa 635 Millionen Jahren begann.

Als das Eis schmolz, begann im Ediacarium komplexes mehrzelliges Leben auf der Bildfläche zu erscheinen. Es könnte mehrere Gründe dafürHypothesen legen nahe, dass die Temperatur des Meerwassers stieg, ein Zustrom von Sonnenlicht die Photosynthese anregte und eine größere Verfügbarkeit von Nährstoffen als zuvor bestand.

Die an der Studie in Port Askaig beteiligten Wissenschaftler sind der Ansicht, dass jedes Leben, das das Cryogenium überlebte, vor einer enormen Herausforderung stand, als das Eis zu schmelzen begann. Diese Organismen waren Millionen von Jahren an ständige Kälte gewöhnt und standen nun vor der Herausforderung, sich so schnell wie möglich anzupassen – oder auszusterben.

Und was ist mit denen, die überlebt haben? Sie sind letztlich die Vorfahren aller Tiere, die jemals existiert haben, und dazu gehören auch wir.

Zeitschrift der Geologischen Gesellschaft, 2024. DOI: 10.1144/jgs2024-02