Gletscher von den Polen bis zum Äquator, sämtliche Ozeane kilometerdick vereist – dieses apokalyptische Szenario bereitet Wissenschaftlern seit Jahren Kopfzerbrechen. Kein Wunder: Sie müssen bei ihren Recherchen tief in die Erdgeschichte eintauchen, bis in eine Zeit, von der nur wenige Spuren erhalten sind. Im ausgehenden Präkambrium, vor rund 750 bis 580 Millionen Jahren, gab es eine Periode mit extremen Eiszeiten, darüber besteht kaum ein Zweifel. Gletscher hielten die Welt immer wieder für Jahrmillionen im Griff. Geologen haben vielerorts die typischen Zeichen von Vereisung gefunden – selbst in Gegenden, die damals am Äquator lagen. Vor allem stießen sie auf bis zu 6000 Meter mächtige verbackene Gletschermoränen, so genannte Tillit-Ablagerungen. Doch zwei entscheidende Fragen widersetzen sich hartnäckig einer schlüssigen Antwort. Die erste: Wie haben Lebewesen den Kälteschock überstanden? Damals gab es zwar nur primitive Organismen wie einzellige Urtierchen, Algen und – vermutlich – erste Vielzeller. Doch auch sie hätten unter einer kilometerdicken Eisdecke kaum überlebt, denn in der Finsternis wäre die lebensnotwendige Photosynthese zum Erliegen gekommen. Heiße Quellen der Tiefsee, die manche Wissenschaftler für ein mögliches Refugium halten, eignen sich nur für spezialisierte Lebenskünstler, die Energie aus chemischen Substanzen statt aus Sonnenlicht gewinnen. Und Vulkane, wo Hitze aus dem Erdinnern kleine Meeresflächen offen hält, sind ein unsicheres Terrain. Denn während vulkanischer Ruhephasen würden sich die Schlupflöcher schließen. Allenfalls kälteliebende Bakterien und Algen, wie man sie im antarktischen Schnee und Treibeis findet, hätten auf dem bitterkalten Schneeball Erde erträgliche Lebensbedingungen vorgefunden. Und das zweite Rätsel: Warum ist die Erde wieder aufgetaut und nicht für immer ein lebensfeindlicher Schneeball geblieben? Zum Überwinden der Kältestarre wäre nach überschlägigen Rechnungen ein Supertreibhaus nötig gewesen. Die Atmosphäre hätte etwa 350-mal so viel Kohlendioxid enthalten müssen wie heute. Viele Forscher meinen, Vulkanismus habe das nötige Treibhausgas geliefert. Die These: Das ausgeschleuderte Kohlendioxid konnte sich in der Atmosphäre anreichern, weil alle Mechanismen, die es wieder hätten entziehen können, in der Kälte zum Erliegen gekommen waren. Doch die Vorstellung hat einen Haken: Es hätte mehrere zehn Millionen Jahre gedauert, bis sich genügend Treibhausgas in der Lufthülle angesammelt hätte – vorausgesetzt, die vulkanische Aktivität entsprach der heutigen. Die Eiszeiten dauerten aber wesentlich kürzer. Die amerikanischen Geowissenschaftler Paul F. Hoffman und Daniel P. Schrag von der Harvard University glauben dennoch, dass Vulkanismus das Eis gebrochen hat. Ihr Szenario: Das bei Vulkanausbrüchen ausgeschleuderte Kohlendioxid diente als eine Art Zünder für die Klimawende. Es sorgte dafür, dass an äquatornahen Küsten erste Eisflächen abtauten. Dann setzte eine Kettenreaktion ein, die das Klima schlagartig kippen ließ. Von den offenen Wasserflächen stieg Wasserdampf auf und heizte als Treibhausgas der Lufthülle zusätzlich ein. Außerdem warfen die offenen Wasserflächen weniger Wärme in den Weltraum zurück als das Eis. Diese verstärkenden Effekte ließen die Erde ins andere Extrem schlittern: Der Eisplanet verwandelte sich binnen weniger Jahrtausende in einen Brutkessel mit Temperaturen bis zu 50 Grad Celsius. Heftige Regenfälle setzten ein und wuschen einen Großteil des Kohlendioxids aus der Atmosphäre. Das gelöste Treibhausgas ließ Silikatgestein verwittern und verwandelte es in Karbonat. An der Skelett-Küste Namibias und anderswo stießen Geologen auf mehrere hundert Meter mächtige Decken aus Karbonat-Sediment, die sich binnen weniger Jahrtausende – direkt über den Eiszeitrelikten – abgelagert hatten. Sie gelten als Kronzeugen für das klimatische Wechselbad, denn sie bilden sich nur in heißen Regionen. Der Geochemiker Martin J. Kennedy von der Universität von Kalifornien, Riverside, zweifelt an diesem Ablauf. Wenn der Kohlenstoff im Karbonatgestein tatsächlich aus dem atmosphärischen Kohlendioxid stammt, kritisiert er, dann hätte sich die chemische Verwitterung um den Faktor 10000 gegenüber üblichen Werten erhöhen müssen. Für denkbar hält er jedoch höchstens eine Steigerung um den Faktor 50. Er glaubt vielmehr, dass Methan den Kohlenstoff lieferte – und obendrein zur raschen Erwärmung der Erde beitrug. Seiner Ansicht nach hatten sich während der Eiszeit in den Meeressedimenten mächtige Methan-Hydrat-Lager gebildet, die bei der ersten Erwärmung instabil wurden. Das Treibhausgas blubberte heraus, hinterließ im auflagernden Sediment seine chemischen Spuren und gelangte teilweise in die Atmosphäre. „So etwas beobachtet man im Kleinen auch heute”, bestätigt der Paläoklimatologe Michael Sarnthein, Professor an der Universität Kiel. Er hält die These deshalb für denkbar. Kennedy rüttelt auch an der Vorstellung, dass die Erde vollends eingefroren war – und steht damit nicht alleine. Immer mehr Experten nehmen Abstand von der „Schneeball-These”, die sich vor allem auf Modellierungen des Russen Michail Bubyko stützen. Der Klimatologe hatte mit dem Computer berechnet, dass die Erde unweigerlich zum Schneeball gefriert, wenn sich die polaren Eiskappen über den 30. Breitengrad ausbreiten. Denn von den riesigen Eisflächen würde dann so viel Wärme in den Weltraum zurückgestrahlt, dass der Rückweg zu einem erträglichen Klima verbaut sei. Die Temperaturen müssten immer tiefer sinken und würden schließlich die ganze Welt erstarren lassen. Doch neue, verfeinerte Berechnungen zeichnen ein anderes Bild: Je realistischer die Klimamodelle die Natur abbilden, desto schwieriger ist es, die Ozeane vollends zufrieren zu lassen. Klimatische Rückkopplungseffekte und Meeresströmungen sorgten offenbar dafür, dass stets ein Teil der Wasserflächen eisfrei blieb. Organismen hatten somit die nötigen Zufluchtsorte, um zu überleben. Dennoch gibt es kaum einen Zweifel, dass die Erde damals nahe am biologischen Exitus vorbeischrammte. Das belegen winzige Spuren im Gestein. Das Isotopenverhältnis des eingeschlossenen Kohlenstoffs hatte sich damals auffällig zum leichten Isotop C-12 hin verschoben und schließlich einen Wert angenommen, wie er für vulkanische Gase typisch ist. Das lässt nur einen Schluss zu: Die Photosynthese war weitgehend zum Erliegen gekommen. Denn Organismen bauen bevorzugt C-12 in ihren Körper ein und reichern so die Atmosphäre mit dem schwereren Kohlenstoff-Isotop C-13 an. Möglicherweise haben die extremen Umweltbedingungen aber nicht nur Verderben gebracht, sondern auch die Evolution angekurbelt. Das mehrmalige Wechselbad zwischen trockener Kälte und feuchter Hitze, der massenhafte Tod während der Eiszeiten und die Abschottung einzelner Populationen durch das Eis – all das könnte die Organismen zu sprunghaften Entwicklungen angespornt haben. Jedenfalls tauchten damals die meisten Tierstämme auf, die je auf der Welt existierten: von den Gliederfüßern bis zu den Schwämmen. Experten sprechen von der Kambrischen Artenexplosion. Wie auch immer sich das Desaster in grauer Vorzeit abgespielt hat – wiederholen kann es sich zur Zeit nicht. Zum einen hat sich die Sonnenstrahlung seitdem um etwa sechs Prozent verstärkt, zum anderen sind die Kontinente günstiger verteilt. Vor 600 Millionen Jahren reihten sich alle Landmassen längs des Äquators auf. So konnten die Polarregionen weiträumig zufrieren, wäh- rend zugleich auf dem Land die Karbonatbildung weiterlief und der Atmosphäre Kohlendioxid entzog. Heute liegen dagegen viele Landmassen in kühlen Klimazonen und könnten deshalb keine Eiszeit verstärken.
Klaus Jacob
