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Nov 17, 2023

Leben könnte während „Schneeball-Erde“ weit nördlich des Äquators überlebt haben

Vor mehr als 600 Millionen Jahren war der Planet von Pol zu Pol gefroren,

Vor mehr als 600 Millionen Jahren war der Planet von Pol zu Pol gefroren und von halbkilometerdicken Eisschichten bedeckt, die jeden Ozean verdunkelten. Wie das Leben im Meer während der Schneeball-Erde, wie diese unwirtliche Zeit genannt wird, bestehen blieb, ist seit langem ein Rätsel.

Eine neue Studie untermauert die Annahme, dass die globale Vereisung nicht allumfassend war. Geochemische Beweise aus alten Gesteinen deuten darauf hin, dass es möglicherweise Zonen des offenen Ozeans nördlich des Wendekreises des Krebses gab, eine Region, die früher als zu kalt galt, um in dieser Zeit Leben zu beherbergen. „Es gibt eine bewohnbare Zone“, sagt Shuhai Xiao, Geobiologe am Virginia Polytechnic Institute und der State University und Mitautor der neuen Arbeit. Und es ist „vielleicht breiter als bisher angenommen“.

Andere Wissenschaftler sind jedoch noch nicht überzeugt. Klimasimulationen haben Schwierigkeiten, während der Schneeballperioden der Erde auch nur einen eisfreien Äquator zu schaffen. Die Möglichkeit, dass es außerhalb der Tropen unbedeckte Ozeane gab, „macht es wirklich schwierig, dieses Ding zu schlucken“, sagt Paul Hoffman, ein Geologe an der Harvard University, der Pionier der Schneeball-Erde-Hypothese war.

Klimamodelle seit den 1960er Jahren haben gezeigt, wie durch eine einfache Rückkopplungsschleife planetarische Tiefsttemperaturen entstehen können. Wenn die Temperaturen sinken, dehnen sich die Eiskappen der Erde aus, reflektieren das Sonnenlicht und sorgen für eine weitere Abkühlung. Wenn es dem Eis gelingt, bis etwa auf den 30. bis 40. Breitengrad zu kriechen – ungefähr dort, wo sich heute Nordafrika und die kontinentalen Vereinigten Staaten befinden – gerät das globale Klima in einen außer Kontrolle geratenen Gefrierzyklus und Gletscher bedecken innerhalb weniger hundert Jahre den gesamten Planeten.

Die geologischen Aufzeichnungen deuten darauf hin, dass die Erde mindestens zwei solcher Perioden erlebt hat. Die jüngste ist als Marinoische Eiszeit bekannt und liegt zwischen 654 und 635 Millionen Jahren. Das Leben war auf die Ozeane beschränkt und große Lebewesen mussten sich erst noch entwickeln, aber Fossilien zeigen, dass mikroskopisch kleine Eukaryoten wie Algen vor und nach dieser Episode lebten. Solche Organismen benötigen Sonnenlicht und offenes Wasser, sagt Xiao. „Man muss sich eine Art Zufluchtsort vorstellen, in dem diese Algen überleben können.“

Frühere Arbeiten haben gezeigt, dass sturmbedingte Strömungen zu dieser Zeit möglicherweise offen in flachen Meeren zirkulierten, obwohl viele Beweise weiterhin unklar sind. Um die Bedingungen in dieser Zeit zu untersuchen, untersuchten Xiao und seine Kollegen eine dünne Schicht dunklen Schiefers, der im Shennnongjia-Nationalwald in Südchina gefunden wurde und aus der Marinoan-Zeit stammt. Die Forscher gehen davon aus, dass der Schiefer aus mineralreichem Meeresschlamm stammt, der in mittleren Breiten, vielleicht zwischen 30° und 40° Nord, abgelagert wurde.

Xiao und seine Kollegen fanden heraus, dass der Schiefer nicht nur voller verschiedener Algenfossilien, sondern auch mit Stickstoffverbindungen war. Eine dicke Eisschicht hätte die Ozeane von der Atmosphäre abgeschnitten und verhindert, dass Sauerstoff in ihre Gewässer gelangt. Die Stickstoffverbindungen wurden jedoch in ähnlichen Konzentrationen wie in heutigen Ozeanen gefunden, was auf sauerstoffhaltige Gewässer schließen lässt, in denen Stickstoff und Sauerstoff frei interagieren konnten.

Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass das Gebiet, aus dem der Schiefer stammte, möglicherweise nicht mit Eis bedeckt war und stattdessen ein Lebensraum für photosynthetische Organismen war, berichtet das Team heute in Nature Communications. Wenn dies zutrifft, müssten Klimamodellierer ihre Simulationen optimieren und Wege finden, einen offenen Ozean über einen langen Zeitraum aufrechtzuerhalten, sagt Xiao.

Die Ergebnisse stimmen mit zahlreichen Beweisen aus anderen Studien überein, die auf milde Bedingungen in ähnlichen Breitengraden während der Eiszeit hinweisen, sagt Carol Dehler, eine Geologin an der Utah State University, die nicht an der Arbeit beteiligt war.

Hoffman hält es jedoch immer noch für wahrscheinlicher, dass die Fossilien von mikroskopisch kleinen Algen stammen, die sich in winzigen, flachen Süßwasserbecken auf Gletschern versteckten. Heutzutage erscheinen solche Becken in polaren Eisschichten und bieten einen Zufluchtsort für kälteadaptierte Mikroben.

Alle modernen Algen stammen von Süßwasserarten ab, sagt Hoffman, was darauf hindeutet, dass die in den Meeren vorkommenden Algen während der Schneeball-Erde-Perioden ausgerottet wurden und sich anschließend neu entwickeln mussten, um in den Ozean zurückzukehren. „Ich sehe das Überleben nicht als Problem an“, fügt er hinzu, „und dieses Papier löst es auch nicht.“

Es ist auch möglich, dass alle Forscher zumindest ein wenig Recht haben. Es könnte eine Zeitspanne gegeben haben, in der sogar der Äquator zugefroren ist und Lebewesen in die Gletschertümpel gezwungen wurden. Aber dieser Zeitraum hielt möglicherweise nicht während der gesamten Marinoerzeit an.

Geologen wissen, dass die dunkle Schieferschicht aus dem Marinoischen Meer stammt, aber wann genau sie sich während der Eiszeit gebildet hat, ist unklar. Vielleicht sind die Felsen ein Zeuge des Endes dieser Ära, einer Zeit, in der sich die Eisschilde bereits zurückzogen, sagt Dehler. Xiao und seine Kollegen stimmen dieser Aussicht zu.

„Wir können uns nicht an ein bestimmtes Modell gewöhnen“, sagt Dehler. „Wir müssen wirklich aufgeschlossen sein, denn ich denke, wir werden feststellen, dass in Zukunft viele neue Daten herauskommen werden.“