Feuer unter dem Eis: Als die Erde vor rund 700 Millionen Jahren zum vereisten „Schneeball“ wurde, quoll unter dem Eis glühende Lava aus der Erde. Denn das Zerbrechen des Urkontinents Rodinia löste entlang der Spreizungszonen verstärkte vulkanische Aktivität aus, wie Forscher festgestellt haben. Das wiederum veränderte die Meereschemie radikal – und könnte erklären, warum sich damals enorme Menge an Karbonaten ablagerten, wie die Forscher im Fachmagazin „Nature Geoscience“ berichten.
Vor rund 730 bis 630 Millionen Jahren erlebte unsere Erde eine dramatische Eiszeit: Gletscher bedeckten damals nicht nur die Nordhalbkugel, wie in den späteren Eiszeiten, sondern wahrscheinlich alle Landmassen des Planeten. Auch die Meere könnten ganz oder teilweise von Eis bedeckt gewesen sein. Wie diese Kälteperiode ausgelöst wurde, ist bisher nur ein Teilen geklärt. Forscher gehen jedoch davon aus, dass der globale Kohlenstoffkreislauf damals stark gestört war.
Eine wichtige Rolle für das Auslösen dieser „Schneeball“-Phase könnte das Auseinanderbrechen des Urkontinents Rodinia gespielt haben. Diese geologischen Veränderungen führten zu einer verstärkten Verwitterung von Gestein und sorgten dafür, dass viel von dem Treibhausgas CO2 gebunden und mit dem Sediment ins Meer geschwemmt wurde.
Rätsel der Karbonatschichten
Tom Gernon von der University of Southampton und seine Kollegen haben nun eines der Rätsel dieser Schneeball-Phase genauer untersucht. Denn während und direkt nach dieser nahezu globalen Vereisung lagerten sich hunderte Meter dicke Schichten von Karbonaten am Meeresboden ab. Doch damit so große Mengen dieser Verbindungen aus Calcium, Magnesium und Kohlenstoff ausfällten, musste das Meerwasser mit diesen Mineralen förmlich übersättigt sein.
Woher aber kamen die Minerale? Anhand von geologischen Daten und Simulationen haben Gernon und seine Kollegen nun eine mögliche Antwort auf diese Frage gefunden: Vulkane waren der Schlüssel. „Wenn vulkanisches Material im Ozean deponiert wird, macht es eine schnelle und tiefgreifende chemische Veränderung durch, die auch die Biogeochemie des Ozeans beeinflusst“, erklärt Gernon.
Lava am Meeresgrund
Und vulkanische Aktivität gab es in der Schneeball-Phase wahrscheinlich reichlich, wie die Forscher erklären. Denn als der Ur-Kontinent Rodinia auseinanderbrach, trat an den aufreißenden Nahtstellen der Erdplatten frisches Magma aus dem Untergrund aus – ähnlich wie an den Spreizungszonen der mittelozeanischen Rücken noch heute der Fall.
Die Wissenschaftler schätzen anhand ihres Modells, dass beim Zerfall von Rodinia zehntausende Kilometer neuer mittelozeanischer Rücken gebildet wurden. „Dabei kann sich die magmatische Produktivität um eine Größenordnung erhöhen“, so Gernon und seine Kollegen. Im flachen Wasser der neuen Meeresarme quollen große Mengen Lava aus dem Meeresgrund und erstarrten im kalten Wasser zu einer porösen Masse aus glasartigen Kügelchen.
Vulkanischer Minerallieferant
Diese glasartigen Ablagerungen – Hyaloclastite genannt – enthalten große Mengen an Calcium, Magnesium und Phosphor. Als sich dann die Ozeane mit zunehmender Kälte mit einer Eisschicht überdeckten, war der Gasaustausch mit der Atmosphäre beeinträchtigt und im Wasser entstanden Bedingungen, die ein Austreten dieser Minerale aus den Ablagerungen förderten, wie die Wissenschaftler herausfanden.
„Ein längerer Zustand der hyaloclastischen Eruptionen hätte das Meerwasser daher mit Calcium und Magnesium übersättigt“, berichtet Gernon. „Wir haben errechnet, dass diese chemische Anreicherung im Laufe der Schneeball-Vereisung ausreichte, um die dicken Karbonatschichten am Ende dieser Kaltzeiten zu erklären.“ Denn die in großen Mengen gelösten Minerale machten das Meerwasser alkalisch und reagierten mit dem im Wasser enthaltenen CO2 zu Karbonaten.
Anschub für das Leben
Ihrer Ansicht nach war daher die Phase des Schneeball Erde nicht nur mit viel Eis, sondern auch mit Feuer verbunden – einem besonders ausgedehnten Untersee-Vulkanismus. Erst dieser veränderte die Bedingungen im Meerwasser so, dass die dicken Karbonatschichten entstehen konnten. „Wir stellen fest, dass viele geologische und geochemische Phänomene des Schneeballs Erde zu einem solchen Untersee-Vulkanismus entlang flacher mittelozeanischer Rücken passen“, sagt Gernon.
Letztlich sorgten die Lavaausstritte vielleicht sogar dafür, dass nach den Eisphasen das Leben sich wieder schnell ausbreiten konnte. Denn der Phosphor aus dem Lavaglas bildete den Nährstoff für die Algen und andere Pflanzen, die wiederum der Tierwelt als Nahrung dienten. (Nature Geoscience, 2016; doi: 10.1038/ngeo2632)
(University of Southampton, 19.01.2016 – NPO)
