Neue Studie zeigt, dass das antarktische Klima auch die Tropen erfasst

Neue Studie zeigt, dass das antarktische Klima auch die Tropen erfasst

Dank der Veröffentlichung einer Studie über das antike Gletscherwasser wurden neue Details einer Albtraumperiode auf der Erde mit so eisigen Oberflächenbedingungen wie der heutigen zentralen Antarktis am Äquator bekannt.

Die Forschungsergebnisse eines internationalen Teams unter der Leitung von Daniel Herwartz werden in der Zeitschrift veröffentlicht Proceedings of the National Academy of Sciences und zeigt, dass selbst tropische Regionen einst mit Schnee und Eis bedeckt waren.

In der jüngsten Eiszeit erstreckte sich der letzte Eisvorstoß (der vor etwa 12,000 Jahren endete) über ganz Europa auf der Breite des südlichsten Englands und erreichte südlich der Großen Seen in Nordamerika. Jenseits der Tundra, der Wollmammuts und so weiter - aber der Äquatorialgürtel des tropischen Regenwaldes war immer noch da. Viel drastischere Situationen ereigneten sich jedoch weit früher in der Erdgeschichte, und diese werden durch die neue Studie gestützt. Die Perioden wurden synchronisiert “Schneeball Erde".

Dieser Begriff erlangte in den 1990er Jahren aufgrund jahrzehntelanger geologischer Beobachtungen von Gesteinen, die von Gletschern an Land und auf See abgelagert wurden, während eines Großteils des Zeitraums von vor etwa 720 m bis 630 m an Orten auf der ganzen Welt, die - zu der Zeit - waren am Äquator oder nicht mehr als 40 Grad davon.

Dies war für Geologen nicht einfach festzustellen, da sich Organismen, die große, leicht erkennbare Fossilien hinterlassen würden (die für die relative Datierung so nützlich sind), noch nicht entwickelt hatten. Darüber hinaus war die Verteilung der Kontinente unterschiedlich und muss durch die Messung der Spuren des Erdmagnetfeldes, das bei ihrer Entstehung in den Gesteinen festgehalten wurde, abgeleitet werden (Paläomagnetismus). Im fraglichen Zeitraum wurde ein einziger Superkontinent als bekannt Rodinia begann auseinanderzubrechen, überspannte aber immer noch den Äquator.

Sich dem Schnee zuwenden

Warum das Klima jemals so extrem schwanken sollte, dass es von den Bedingungen der Schneeball-Erde erfasst wird, ist eine komplexe Angelegenheit. Einerseits war die Sonne 20-30% schwächer als heute und lieferte somit weniger Wärme. Die uralte Atmosphäre enthielt jedoch viel mehr Kohlendioxid als jetzt, so dass es einen effektiveren „Treibhauseffekt“ gegeben hätte, um Wärme zu speichern und den Planeten warm zu halten.

Änderungen in der Erdumlaufbahn oder in der Neigung der Erdachse könnten das Gleichgewicht gestört haben - dies sind die wahrscheinlichen Ursachen für neuere Vereisungen -, aber es ist möglich, dass die vollständigen Bedingungen der Schneeball-Erde nur eingeleitet werden können, wenn sich ein Superkontinent auf der anderen Seite befindet Der Equator. Da das Land mehr Sonnenwärme reflektiert als die Ozeane, maximierte Rodinia am Äquator die Wärmemenge, die eher in den Weltraum zurückgeworfen wird als in die Meere aufgenommen und auf der Erde gehalten.

Die Schneeball-Erde-Bedingungen erfassten Rodinia mindestens zweimal, in einer älteren Episode, die als Surtianer bekannt war, und in einer jüngeren Episode, die als Marinoaner bekannt war. Herwartz und sein Team untersuchten Gesteinsproben vom Dabie-Sulu-Gürtel im heutigen Ostchina. Damals in der Zeit der Surtianer und Marinoer lag diese Region zwischen 15 und 35 Grad nördlich, also auf dem gleichen Breitengrad wie das heutige Mexiko, Indien oder die Sahara.

Das Team untersuchte auch Gesteine ​​aus einer viel älteren geplanten Snowball Earth-Episode vor etwa 2.2 Milliarden Jahren, die in Karelien im heutigen Nordwesten Russlands nahe der Grenze zu Finnland entnommen wurde. Auch diese befanden sich zum fraglichen Zeitpunkt auf einem niedrigen Breitengrad. 0

Schneeballjagd

Die wichtigste Neuerung der Forscher war die Analyse des Sauerstoffs, der vom uralten Gletscherwasser zurückbleibt, wenn es mit Gesteinen reagiert und neue Mineralien bildet. Damit ermittelten sie die vorherrschenden Oberflächentemperaturen.

Sauerstoff kommt in drei stabilen Formen oder "Isotopen" vor. Fast 99.8% der Sauerstoffatome sind Sauerstoff-16 (bestehend aus 8 Protonen und 8 Neutronen). Der größte Teil des Restes besteht aus Sauerstoff-18 (8 Protonen und 10 Neutronen), aber es gibt auch Spuren von Sauerstoff-17 (8 Protonen und 9 Neutronen).

Ein Wassermolekül mit einem schwereren Sauerstoffisotop hat die gleichen chemischen Eigenschaften wie ein Wassermolekül mit dem leichteren Sauerstoff-16 verdunsten weniger leicht und kondensieren schneller. Dies bedeutet, dass die Ozeane Wassermoleküle, die Sauerstoff-16 enthalten, schneller verlieren und dass Regen (oder Schnee), der weit vom Ozean fällt, in den schweren Isotopen schlechter als der Durchschnitt ist. Die Verhältnisse der verschiedenen Sauerstoffisotope in der jüngsten geologischen Vergangenheit können als Proxy für die globale Temperatur verwendet werden oder um abzuschätzen, wie viel Wasser aus den Ozeanen entnommen und in Gletschern gespeichert wurde.

Es ist alles andere als einfach, an die Informationen zu gelangen, die in uralten Gesteinen der von Herwartzs Team untersuchten Art eingeschlossen sind, aber indem sie das extrem seltene Sauerstoff-17-Isotop in ihre Studie einbeziehen, konnten sie zeigen, dass beide schwereren Isotope gewesen sein müssen seltener als erwartet im Gletscherwasser, das mit dem Gestein reagiert hatte. Der Unterschied zwischen dem Sauerstoffmangel an 17 und dem Sauerstoffmangel an 18 ermöglichte es ihnen, wahrscheinliche mittlere jährliche Oberflächentemperaturen von bis zu 40 ° C unter Null nachzuweisen.

So niedrige Temperaturen implizieren, dass die Ozeane ebenfalls tiefgefroren wären, was das vollständige Snowball Earth-Modell unterstützt. Aber wenn das Land, in dem die Felsen entstanden, so kalt war, weil es mehrere Kilometer über dem Meeresspiegel lag, bestand die Möglichkeit, dass der Planet eher einer war Slushball Erdebei offenem Meerwasser in Äquatornähe nicht ganz auszuschließen.

Das Gespräch

Dieser Artikel wurde ursprünglich veröffentlicht am Das Gespräch
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Über den Autor

Rothery DavidDavid Rothery ist Professor für Planetengeowissenschaften an der Open University. Meine Forschungsinteressen konzentrieren sich auf die Erforschung der vulkanischen Aktivität mittels Fernerkundung sowie der Vulkanologie und Geowissenschaften im Allgemeinen auf anderen Planeten. Mein letztes Buch 'Planet Merkur: Vom blassen rosa Punkt zur dynamischen Welt' wurde am 14. Dezember 2014 von Springer-Praxis veröffentlicht.

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