Dies ist der zweite Teil einer fünfteiligen Reihe, die von Experten verfasst wurde und in der neuen Ausstellung „Hall of Fossils - Deep Time“ von Smithsonian am 8. Juni im National Museum of Natural History gezeigt wird. Die vollständige Serie finden Sie in unserem Deep Time Special Report
Vor Hunderten von Millionen von Jahren umhüllten massive Eiskappen die Kontinente der Erde von Küste zu Küste. Nur die Gipfel der Planetenberge standen über dem Eis, als die Gletscher sich durch das Gestein drängten und langsam in Richtung der schneebedeckten Ebenen schlängelten. Wo die Gletscher auf die Ozeane trafen, kalbten riesige Eis- und Felsblöcke von den Gletschern und fielen ins Meer. Das Leben, hauptsächlich Algen, Cyanobakterien und andere Bakterien, hielt sich irgendwie in den kleinen eisfreien Taschen des Meerwassers. Wie ein eisiger Planet in einem fernen Sonnensystem war die Erde in ihren Gründungsjahren, einer jugendlichen Phase, die als „Schneeball“ -Erde bekannt ist, ein ganz anderer Ort als der meist blaue Planet von heute.
Dramatische Veränderungen im Erdklima haben Geowissenschaftler seit langem fasziniert. Geowissenschaftler studieren Perioden, in denen sich die Erde grundlegend von heute unterschied, um mehr über die Geschwindigkeit und den Zeitpunkt des Klimawandels zu erfahren. Die Mystik eines Planeten, der fast vollständig mit Eis bedeckt ist und für uns heute nicht wiederzuerkennen ist, ist offensichtlich. Die unaufhörliche Zweideutigkeit, nur einen Teil der Erdgeschichte zu kennen - eine Geschichte, deren Tinte mit der Zeit immer mehr verblasst, wenn die ursprünglichen geologischen Schichten zu neuen recycelt werden -, schafft einen ständigen Kreislauf neuer Entdeckungen, da Beweise iterativ miteinander verwoben werden.
Im Zentrum der Entschlüsselung des Geheimnisses der Geschichte unseres Planeten steht die Frage: Wie funktioniert die Erde? Fossile Aufzeichnungen weisen auf bidirektionale Wechselwirkungen zwischen Leben und Erdsystemen hin. Diese Wechselwirkungen werden vom Kohlenstoffkreislauf bestimmt, einer empfindlichen Maschine im Planetenmaßstab, die das Erdklima bestimmt. Zu verstehen, wie der Kohlenstoffkreislauf der Erde funktioniert, bedeutet letztendlich, den Einfluss des Menschen zu würdigen, der ihn gegenwärtig beeinflusst: Trotz der Zweideutigkeit der Vergangenheit ist unsere derzeitige Flugbahn einzigartig sicher.
Das letzte Mal, dass eine Schneeball-Erde passiert ist, war vor 640 Millionen Jahren, in einer Zeit, die als Kryogener bekannt ist. Zu dieser Zeit hatte sich das komplexe Leben noch nicht entwickelt, so dass es schwierig ist zu wissen, welcher Teil des Lebens unter dem unwirtlichen Eis umkam. Nach etwa zehn Millionen Jahren begann sich das Eis zurückzuziehen und versorgte die Ozeane mit reichlich Nährstoffen für das Leben. Dieses Büfett nach dem Eiszeitalter fällt mit dem ersten fossilen Nachweis für Schwämme zusammen und hat möglicherweise das Aufkommen der ersten Tiere gefördert. Aufgrund der wenigen verbliebenen Schichten des alten Meeresbodens glauben Wissenschaftler, dass der Planet in den Anfangsjahren nicht nur einmal, sondern mehrmals fast vollständig gefroren war.
Im Gegensatz dazu waren andere Perioden in der Erdgeschichte außerordentlich warm. Vor zweiundfünfzig Millionen Jahren, während des Eozäns, besetzten üppige Megawälder von Sumpfzypressen und Morgendämmerungsrotholz den heutigen Polarkreis, und die ersten Tiere, die wir als Säugetiere erkennen würden, tauchten im Fossilienbestand auf. Perioden wie das Eozän werden oft als „Treibhauserde“ bezeichnet, da bekannt ist, dass sie mit einem hohen Kohlendioxidgehalt in der Atmosphäre zusammenfallen.
Ähnlich wie Goldlöckchen, die nach dem Brei suchen, der genau die richtige Temperatur hat, hat das Erdklima wiederholt von den Extremen abgetastet.
Obwohl der Gedanke, zwischen eisbedeckten und sumpfverseuchten Planeten zu wechseln, gewaltig klingt, haben sich solche großen Klimaveränderungen über zig Millionen Jahre hinweg ereignet, und dem Leben genügend Zeit für die Entwicklung neuer Erfolgsstrategien gelassen. Diese langsamen Übergänge vom Gewächshausklima zum Eishausklima sind das Ergebnis subtiler Änderungen im geologischen Kohlenstoffkreislauf der Erde.
Im Laufe der Erdgeschichte haben Vulkane kontinuierlich Kohlenstoff freigesetzt, der tief im Erdinneren gespeichert ist, als Reaktion auf sich verschiebende tektonische Platten. Kohlendioxid (CO2) aus einer Reihe von rülpsen- den Vulkanen strömt in die Atmosphäre, wo es sich im Regenwasser auflöst und auf die Erde zurückfällt. Während das Regenwasser durch den Boden sickert, löst es das Gestein auf und nimmt dabei Kalzium auf. Flusssysteme leiten dann Kalzium und CO2 an die Ozeane weiter. Wenn Kalziumkarbonat oder Kalkstein ausfällt, wird das CO2 häufig dank kalzifizierender Organismen wie Korallen und Weichtieren endgültig weggesperrt.
In mancher Hinsicht ähnelt der Kohlenstoffkreislauf dem Heizen eines Hauses mit einem defekten Thermostat: Wenn der Ofen zu viel Wärme oder CO2 abgibt, können Fenster geöffnet werden, um das Haus zu kühlen. Für den Kohlenstoffkreislauf erwärmt eine Zunahme der Aktivität von Vulkanen den Planeten, was durch eine Zunahme der Steinverwitterung in den Böden ausgeglichen wird, wodurch mehr Kalzium und CO2 in die Ozeane gelangen und Kalkstein gebildet wird und in der Folge die Temperatur des Planeten in Schach. Dieses Tauziehen zwischen dem Ofen oder den globalen CO2-Emissionen und den Fenstern oder die Verwitterung von Gesteinen bestimmt weitgehend den Zustand des Erdklimas. Es ist leicht, Vulkane als schändliche Akteure in diesem Klima-Tauziehen zu sehen. lustlose und nicht reagierende Steinverwitterung in Böden kann jedoch ebenso bösartig sein.
In der Nähe eines Vulkans in Island sickern Dampf und andere Gase wie Kohlendioxid aus dem Boden. Obwohl Pflanzen Kohlendioxid aufnehmen, wird ein Großteil dieses Kohlenstoffs über Millionen Jahre in die Atmosphäre zurückgeführt, so dass Vulkane im Laufe der Erdgeschichte als Nettoquelle für atmosphärisches Kohlendioxid fungierten. (Kate Maher) Wie durch ein Wunder können die Böden des Planeten Fenster meistens recht gut öffnen und schließen, wenn genügend Zeit zur Verfügung steht. Im Durchschnitt beträgt die Lebensdauer eines Kohlenstoffmoleküls im Ozean-Atmosphäre-System etwa 300.000 Jahre, und daher wird die Erde auf einer millionenjährigen Zeitskala größtenteils durch die offenen Fenster ausgeglichen.
Dennoch sind Klimakatastrophen in der Geschichte der Erde oftmals aufgetreten, oftmals zeitgleich mit großen Massensterben. Es ist schwierig, den Schuldigen hinter diesen katastrophalen Ereignissen aufzudecken. Gelegentlich fallen übermäßige Vulkanemissionen verdächtigerweise mit großen Umwälzungen im Kohlenstoffkreislauf zusammen.
Am Ende des Perm, vor 251 Millionen Jahren, brachen die sibirischen Fallen auf den Kohleböden des heutigen Sibiriens aus und setzten so viel Kohlenstoff frei, dass die globale Erwärmung und die Versauerung der Ozeane mit Sicherheit eine Rolle beim größten Aussterben der Meere spielten. Am Ende des Perm-Massensterbens starben 90 Prozent der Meeresspezies aus, und dann wurde im Laufe von Millionen von Jahren langsam die Kohlenstoffbilanz wiederhergestellt und das Leben wiederhergestellt. Das Leben sah anders aus als zuvor, mit dem ersten Auftreten von Ichthyosauriern und skleraktinischen Korallen.
Die Ausstellung "Fossil Hall - Deep Time" von Smithsonian wird am 8. Juni 2019 eröffnet. (Smithsonian.com) Es ist verlockend, die Geschichte der Erde als eine von katastrophalen Umwälzungen, gefolgt von der Etablierung neuer und immer komplexerer Lebensformen, zu betrachten. Dies ist wahr, aber eine vielleicht wunderbarere Geschichte ist, wie zwei scheinbar unterschiedliche Akteure, CO2-emittierende Vulkane und das Boden-Fluss-Ozean-Kontinuum, das das CO2 in das Erdinnere zurückführt, es geschafft haben, das Erdklima für Milliarden von Jahren größtenteils bewohnbar zu halten. Schätzungen aus fossilen Böden und Pflanzen sowie aus Meeresablagerungen lassen vermuten, dass der atmosphärische CO2-Gehalt in den letzten 600 Millionen Jahren zumeist das Fünffache des vorindustriellen Niveaus erreicht hat.
Zum Vergleich: Das pessimistischste Szenario des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) geht davon aus, dass sich die CO2-Werte in der Atmosphäre bis zum Jahr 2100 dem 3, 5- bis 5-fachen vorindustriellen Wert annähern könnten, der seit dem Aussterben des Perms nicht mehr erreicht wurde. Um dies zu verdeutlichen, emittiert der Mensch heute CO2 mit einer Geschwindigkeit, die etwa dem 68-fachen der Geschwindigkeit entspricht, mit der es über die Ozeane an die feste Erde zurückgegeben werden kann. Derzeit ist keine Möglichkeit bekannt, die Kohlenstoffübertragung durch Böden und Flüsse um mehr als ein paar Prozent zu erhöhen, sodass es Hunderttausende von Jahren dauern wird, um das überschüssige CO2 aus dem Ozean-Atmosphäre-System zu entfernen. Darüber hinaus schließen wir aufgrund von Landnutzungsänderungen und Bevölkerungswachstum langsam die Böden, Flüsse und Ökosysteme kurz, die zusammenarbeiten, um CO2 aus der Atmosphäre in die Ozeane und schließlich zu Kalkstein zu transportieren.
Es ist leicht, durch die Linse der Erdgeschichte auf die weiten blauen Ozeane, die üppigen grünen Wälder, die zarten Wüsten und die schneebedeckten Gipfel zu blicken und den Schluss zu ziehen, dass die Erde für sich selbst sorgen wird. Die Realität ist, dass die Erde noch nie einen Geologen gesehen hat, der so schnell und unerbittlich ist wie der Mensch. Obwohl die Erde jetzt viel anders aussieht als in der Vergangenheit, gelten die Lehren aus der Erdgeschichte immer noch: Wir drehen die Hitze viel schneller auf, als die Erde möglicherweise die Fenster öffnen kann.
