Die irdischen Ozeane waren in mehr als einer Hinsicht Lebensbringer: Erst ihr erhöhter Salzgehalt könnte Kohlendioxidwerte und Klima der frühen Erde in den habitablen Bereich gebracht haben, wie eine Simulation nahelegt. Demnach nahm das salzigere Wasser weniger CO2 auf und gefror später, das wiederum förderte ein wärmeres Klima und glich die damals noch deutlich schwächere Strahlung der jungen Sonne aus, wie Forschende berichten.
Eigentlich müsste die Erde in ihrer Anfangszeit eher kalt und wenig lebensfreundlich gewesen sein. Denn die junge Sonne strahlte vor rund vier Milliarden Jahren noch rund 20 bis 25 Prozent weniger Licht und Wärme ab. Damit müsste die junge Erde eigentlich zu kalt für flüssiges Wasser und Leben gewesen sein. Stattdessen jedoch war ihr Klima mild und Meere bedeckten den gesamten Planeten.
Löst der Ozean das Paradox der schwachen jungen Sonne?
Wie war dies möglich? Dieser auch als Paradox der jungen, schwachen Sonne bezeichnete Widerspruch ist nicht eindeutig geklärt. Zwar gehen einige Hypothesen davon aus, dass eine erhöhte Konzentration von Treibhausgasen wie Methan oder Kohlendioxid in der Uratmosphäre die mangelnde Einstrahlung ausgeglichen haben könnte, klar belegen lässt sich dies jedoch bisher nicht.
Eine weitere Erklärung für das Paradox könnten nun Stephanie Olson von der Purdue University in Indiana und ihre Kollegen gefunden haben. Sie haben untersucht, ob und wie der Salzgehalt der Ozeane das Erdklima beeinflusst. Bekannt ist bereits, dass ein erhöhter Gehalt gelöster Salze die Aufnahme von Gasen ins Wasser hemmt – ein salzigerer Ozean nimmt weniger CO2 oder Methan auf und erhöht damit ihren Gehalt in der Luft. „Zudem senkt eine höhere Salinität den Gefrierpunkt des Wassers und verhindert damit die Meereisbildung“, erklären die Forschenden.
Urerde in drei Varianten
Doch bisher ist unklar, wie salzig die Urmeere waren. „Wir haben aber allen Grund anzunehmen, dass die Salinität der Ozeane sich im Laufe der Erdgeschichte verändert hat“, schreibt das Team. Zum einen können Verdunstung, hydrothermale Quellen sowie Verwitterung und andere geochemische Prozesse den Salzgehalt des Meerwassers verändern. Zum anderen bleiben gelöste Natrium und Chlorid-Ionen im Schnitt nur rund 80 bis 98 Millionen Jahre lang im Ozeanwasser erhalten und müssen daher immer wieder neu durch solche Prozesse hinzugefügt werden.
Für ihre Studie haben Olson und ihre Kollegen drei Varianten der noch größtenteils von Wasser bedeckten Urerde in einem gekoppelten Ozean-Atmosphärenmodell rekonstruiert. Diese unterschieden sich nur im Salzgehalt des Meerwassers, der mit zwei, 3,5 und fünf Prozent niedriger, gleich und höher als heute lag. Alle drei Modelle erhielten 20 Prozent weniger Sonneneinstrahlung als heute und besaßen eine von CO2 und Methan geprägte Atmosphäre.
Mehr Wärme und weniger Eis
Das Ergebnis: Schon ein leicht höherer Salzgehalt des Urmeeres hätte die Klimaentwicklung der frühen Erde positiv beeinflusst. „Eine erhöhte Salinität des Ozeans führte zu einer Erwärmung vor allem in hohen Breiten und verringerte die Meereisbedeckung“, berichtet das Team. Beim Szenario mit dem höchsten Salzgehalt lagen die globalen Temperaturen knapp ein Grad höher und im hohen Norden sogar knapp zwölf Grad höher als beim salzärmeren Urmeer. Die Meereisfläche war rund 71 Prozent geringer.
Bei gleichem CO2-Gehalt und gleicher Sonneinstrahlung wäre eine frühe Erde mit der heutigen Ozeansalinität von 3,5 Prozent fast komplett vergletschert und hätte nur am Äquator einen Streifen offenen Wassers behalten. „Wenn man aber den Salzgehalt auf fünf Prozent erhöht, resultiert dies im Modell in einem warmen Klima mit Oberflächentemperaturen von gut 20 Grad und nur saisonalem Eis an den Polen“, sagen Olson und ihr Team.
Zudem senke ein salzigerer Ozean die CO2-Schwelle, ab der der Planet in den „Schneeball“-Status einer globalen Eiszeit falle. „Die Schwelle, ab der die Erde abrupt zwischen verschiedenen Klimazuständen kippt, ist von der Salinität abhängig“, so die Wissenschaftler.
„Salz der Erde“ als entscheidende Zutat
Nach Ansicht des Forschungsteams könnte demnach der Urozean eine wichtigere Rolle für das frühe Erdklima gespielt haben als bisher angenommen. „Unsere Ergebnisse eröffnen die spannende Möglichkeit, dass ein salziger Urozean die schwächere Leuchtkraft der jungen Sonne zumindest teilweise kompensiert haben könnte“, schreiben Olson und ihre Kollegen. „Dann wäre Salz eine essenzielle Zutat für die Lebensfreundlichkeit der frühen Erde gewesen.“
Noch ist unklar, ob der Urozean tatsächlich salziger war als die heutigen Meere. Nach Angaben der Forschenden machen ausgedehnte Vorkommen urzeitlicher salzhaltiger Sedimente dies aber durchaus wahrscheinlich. Einigen Studien zufolge könnte das in ihnen gebundenen Salz ausreichen, um die Salinität der Meere im Präkambrium auf rund fünf Prozent zu bringen. Erst im Laufe der späteren Erdgeschichte sank dann der Salzgehalt der Meere durch geochemische Prozesse allmählich auf den heutigen Wert ab. (Geophysical Research Letters, 2022; doi: 10.1029/2021GL095748)
Quelle: Geophysical Research Letters
