Salvemini_Sandro

Leopold-Franzens-Universität Innsbruck
Institut für Geographie
LVA 716014 Einführung in das wissenschaftliche
Arbeiten, Kurs 1
Salvemini Sandro
2 Semester
Matrikel Nummer 1516530
Studienkennzahl 655
Hausaufgabe 7
Datum 01.06.2016
DIE ARCHAISCHE
EISZEIT:
Ist es denkbar, dass die Erde im Neoproterozoikum
komplett von Eis bedeckt wurde oder ist das aus
heutiger Sicht unmöglich?
sandrosalvemini@gmail.com

Inhaltsverzeichnis
1 ABSTRACT 2
2 EINLEITUNG 3
3 DAS NEOPROTEROZOIKUM 4
4 GRÜNDE FÜR EINE VOLLVEREISUNG 5
4.1 ZERFALL VON RODINIA 5
4.2 SONNENENERGIE 5
4.3 VULKANISMUS 5
5 BEWEISE FÜR EINE VOLLVEREISUNG 6
5.1 DROP-STONES UND BÄNDERERZ 6
5.2 MAGNETISCHE MARKER 7
5.3 KOHLENSTOFFISOTOPEN-VERHÄLTNIS 7
6 KRITIK AN DER HYPOTHESE DER VOLLVEREISUNG 8
7 DER AUSWEG AUS EINER VOLLVEREISUNG 9
8 FAZIT 10
9 LITERATURVERZEICHNIS 11
10 ABBILDUNGSVERZEICHNIS 11
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1 Abstract
Ist es möglich, dass die Erde in einer Eiszeit komplett von Eis bedeckt wird oder ist
das aus heutiger Sicht ein Ding der Unmöglichkeit?
Ein gängiges Sprichwort lautet: „Wer die Vergangenheit nicht kennt, kann die
Gegenwart nicht verstehen und die Zukunft nicht gestalten“ (Zitat: Kohl Helmut
1995). Der Geltungsbereich dieses Sprichwortes ist größer als es im ersten Moment
erscheint. Gerade in den Geowissenschaften versucht man seit Jahren auf Basis von
Vergangenem, Szenarien und Modelle für die Zukunft zu erstellen. Eine der
wichtigsten Fragen lautet: Wie stark kann unser Klima schwanken und welche
Auswirkungen hat das auf den Menschen? Gerade jetzt sind solche Fragen so
aktuell wie nie zuvor, denn die Angst vor weitreichenden Veränderungen des Klimas
und dadurch entstehender Schäden ist groß. Das Erdzeitalter des Proterozoikums
wird seit Jahren von Geowissenschaftlern untersucht, denn dort finden sich starke
Hinweise auf eine der massivsten Kaltzeiten der Erdgeschichte.
Das kontroverse Thema des archaischen Eiszeitalters wurde in den letzten
Jahrzehnten immer wieder diskutiert und neu belichtet. Ich möchte diese Thematik
aufgreifen und den Wissensstand von heute wiedergeben.
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2 Einleitung
Snowball Earth ist eine Hypothese, bei der davon ausgegangen wird, dass die Erde
komplett mit Eis bedeckt war. Modifikationen der Hypothese werden diskutiert (Soft
Snowball Earth). Eine exakte Rekonstruktion ist auf Grund des Alters der Ereignisse,
sowie durch die erforderte Interdisziplinarität sehr schwierig. Die Hypothese wurde
bzw. wird auf das Cryogenium als auch auf das Rhyacium angewendet. Beim
sturtischen und marinoischen Eiszeitalter kam es zu zwei sehr ausgedehnten
Stadialen, welche nach stratigrafischen Untersuchungen von Sedimenten auf ein
Alter von „716,5my“ (MacDonald 2010: 1) (Sturtain) und „635my“ (Swanson et al.
2010: 608) (Marinoan) datiert wurden. Inzwischen der Eiszeit kam es zu einer
wärmeren Periode, welche als acryogene Warmzeit bezeichnet werden kann. „Nach
den Auslösern des sturtischen Eiszeitalters wird noch immer gesucht, wobei unter
anderem Hypothesen eines Impacts oder eines Vulkanausbruches untersucht
werden“ (Bodiselitsch 2005: 239). Beim marinoischen Eiszeitalter wird das
Zerbrechen des Super-Kontinents Rodinia als gute Hypothese hergeleitet, welche
sich aber laut neuen Studien mittels Klimamodellen nicht bestätigt. Das huronische
Eiszeitalter wird auf 2,2-2,3Ga datiert und wird auf einen rapiden Abbau von CH4
zurückgeführt. Die ersten Anzeichen für eine weltweite Vergletscherung wurden 1964
von Bryan Harland (Cambridge) publiziert. Seine weltweit gefundenen Drop-Stones
wurden auf eine paläogeographische Breite in Äquatornähe positioniert. Der Russe
Michail Budyko (St. Petersburg) berechnete mittels Klimamodell eine positive
Rückkopplung ab einem Vereisungsgrad von 30° Breite. Diese Rückkopplung
verursacht eine nicht aufzuhaltende Fortführung des Vereisungsprozesses, bis die
Erde komplett mit Eis bedeckt ist. Drop-Stones sind somit klar abgrenzbare
Fremdgesteine in einem Sedimentbett. Bandet-Iron Formations sind
Sedimentgesteine, die durch Oxidation von Eisen, welches im Meerwasser gelöst
war, entstanden sind. Zu dieser Zeit waren vermutlich Vorgänger der Cyanobakterien
für die Oxidation verantwortlich. Die Ablagerung des Neoproterozoikums werden
allerdings mit im Wasser gelösten Sauerstoff in Verbindung gebracht, der von den
damals stark wachsenden Populationen der Cyano-Bakterienstämme hergestellt
wurde. Die abwechselnde Lage der BIFs (Eisen und Hornsteinlagen) kommen durch
zyklisches Absterben der Cyanobakterien zustande. Ein generelles Absterben der
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damals schon existierenden Cyanobakterien währen der Vereisungsphasen wird
ausgeschlossen. Also sind diese sehr gute Überlebenskünstler gewesen, oder es
gab während der Eiszeiten noch eisfreie Gebiete. Der Abschluss der Eiszeit hat
vermutlich verschiedene Gründe. Für das Ende der Eiszeit wird eine sehr hohe
Konzentration von CO2 in Verbindung mit einer stark verschmutzten Eisoberfläche
genannt. Die hohe Konzentration von CO2 in der Atmosphäre werden durch
vulkanische Aktivität und die Unmöglichkeit von Niederschlag auf der komplett mit
Eis bedeckten Erde erreicht. Ein Aufschluss der Transvaal supergroup von Süd-
Afrika zeigt den Ablauf des huronischen Eiszeitalters deutlich auf.
3 Das Neoproterozoikum
Das Neoproterozoikum ist eine Ära die im Äonothem namens Proterozoikum
zugeordnet ist. In diesem Zeitalter (zwischen 850-541my) durchlief die Erde
mindestens zwei Eiszeiten, die Sturtische und die Marinoische (Siehe Abb.1). Die
Sturtische Eiszeit wird auf ein Alter von 716,5my und die Marinoische auf 635my
datiert. Über die Kaigas Eiszeit wird noch heiß diskutiert. Der Beweis für diese
genauen Angaben liefern Sedimente die durch stratigrafische Untersuchungen auf
ein Alter datiert wurden. Die Abb.1 mit dem Titel „Eiszeiten“ zeigt die Marinoische,
Sturtische und die vermeintliche Kaigas Eiszeit in chronologischer Reihenfolge.
Eiszeiten
Abbildung 1: Eiszeiten. Einordnung in Zeitachse (Quelle: Losch & Hanfland 2014: 65)
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4 Gründe Für eine Vollvereisung
4.1 Zerfall von Rodinia
Der Zerfall von Rodinia ist eine von mehreren Bedingungen die eine Klimaänderung
in das kalte und extreme Eiszeitalter begünstigen. „Die Paläogeographie liefert
Erkenntnisse, die für die Bildung einer globalen Eisbedeckung notwendig ist. Zu
Beginn des Neoproterozoikums waren die Kontinente in einem Superkontinent
namens Rodinia vereint, der dann im Laufe dieses Zeitalter aufbrach. Die Theorie
einer Schneeball-Erde besagt, dass nach dem Zerfall Rodinias ab ca. 800 Millionen
Jahren Kontinentalsplitter bildeten, die sich hauptsächlich in tropischen Breiten
befanden. An den Polen existierten dagegen keine Landmassen“ (Losch & Hanfland
2014: 64/65).
4.2 Sonnenenergie
„Die Konzentration von Landmassen am Äquator ließ den tropischen Ozean, also
dort, wo die Sonneneinstrahlung am größten ist, weniger Wärme aufnehmen, weil
durch diese Landkonstellation in den Tropen weniger Ozeanfläche zur Verfügung
stand“ (Losch & Hanfland 2014: 65). In Polnähe treffen die Strahlen in einem
spitzeren Winkel auf das Meer. Dort wird weniger Energie aufgenommen als in
Bereichen des Äquators. Astrophysiker fanden heraus, dass die Sonne 6% weniger
Energie hatte wie heutzutage. „Ausgehend von Klimamodellen werden die
Oberflächentemperaturen am Äquator ganzjährig auf etwa -30 bis -40°C und in den
Polargebieten zwischen -40°C im Sommer und -130°C im Winter geschätzt“ (Losch &
Hanfland 2014: 65).
4.3 Vulkanismus
Ein weiterer Faktor der den Übergang in eine Eiszeit begünstigt war der
Vulkanismus. Vulkanausbrüche waren zu dieser Zeit an der Tagesordnung und
durch das Ausbrechen kamen Unmengen an vulkanischer Asche in die Atmosphäre.
Dieser abschirmende Effekt verhalf dazu, dass die Sonneneinstrahlung wieder
reduziert wurden.
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5 Beweise für eine Vollvereisung
5.1 Drop-Stones und Bändererz
Drop-Stones und Bändererz sind geologische Zeitzeugen einer Eiszeit. Drop-Stones
sind Steine von Korn bis Blockgröße, die innerhalb eines Sedimentbettes eingelagert
sind. Dies geschieht durch einen vertikalen Fall durch den Wasserkörper, was nur
durch den Prozess der Gletscher-Kalben möglich ist.
Abbildung 2: Dropstone, Brasilien.
(Quelle: Wikipedia)
Bändererze (auch Bandet Iron Formation genannt) hingegen sind massive Gesteine
die einen geschichteten Aufbau besitzen. Es wechseln sich Hornsteinlagen mit
eisenhaltigen Lagen ab (eisenhaltig=Rötlich). Es wird angenommen, dass die
eisenhaltigen Schichtungen von vulkanischen Ursprung stammen sowie von den
Vorgängern der Cyanobakterien.
Abbildung 3: Bändererz aus Nordamerika, 2,1
Milliarden Jahre alt (Quelle: Wikipedia)
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5.2 Magnetische Marker
In einer paläomagnetischen Untersuchung wurde herausgefunden, wenn ein Gestein
entsteht, schließt es magnetische Marker ein die Auskunft über den Entstehungsort
verraten (Breitengrad) da diese nach dem Erdmagnetfeld ausgerichtet sind. Gesteine
die in der Nähe eines Poles entstanden sind, haben vertikal ausgerichtete Marker und
in Bereichen des Äquators horizontale Marker. Das heißt, wenn man einen Stein im
Bereich des Äquators findet der vertikale Marker besitzt, ist er möglicherweise mit
einem Kontinentaldrift oder durch Schneetransport in diesen Bereich vorgedrungen.
Dies wäre nur in einem Schneeball-Erde Zustand möglich.
5.3 Kohlenstoffisotopen-Verhältnis
Es gibt zwei stabile Kohlenstoffisotope 13 C und das 12 C. „Bei der Initiierung von
Kohlenstoff wird das leichtere 12 C bevorzugt in den Stoffwechsel aufgenommen, so
dass anorganische entstandene Karbonatsedimente bei biologischer Aktivität im
Verhältnis wenig
12 C enthalten und damit schwerer sind. In den
Karbonatgesteinsschichten direkt unterhalb und über den glazialen Ablagerungen des
Cryogeniums ist aber das Verhältnis von schwerem zum leichten Kohlenstoff
besonders niedrig“ (Losch & Hanfland 2014: 66). Daraus lässt sich schließen, dass es
zu dieser Zeit kein bzw. extrem wenig Leben auf der Erde gab und dies wiederum
bestätigt ein außerordentlich kaltes Klima.
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6 Kritik an der Hypothese der Vollvereisung
Das Schneeball-Erde Szenario wird in der Wissenschaft kontrovers diskutiert, da es
viele Kontroversen gibt. Es ist bekannt, dass es extrem schwierig ist eindeutige
Theorien oder Hypothesen aufzustellen, da es weit in der Erdgeschichte zurückliegt.
Dennoch schaffen es heutige Methoden bzw. Modelle genaue Angaben über
klimatische Bedingungen und kontinentale Stellung zu liefern aber nichts desto trotz
gib es Ungereimtheiten. Gegner einer Schneeball-Erde-Hypothese plädieren darauf,
dass es unmöglich sei aus einer Vollvereisung wieder zu einer warmgemäßigten
Periode überzugehen, da es der sogenannte positive Albedoeffekt nicht zu ließe. „Dies
erklärt sich aus den unterschiedlichen Reflexionseigenschaften von Schnee, Eis und
dunkleren Oberflächen wie Land oder Ozeanbereiche“ (Losch & Hanfland 2014: 65).
Dabei ist die Reflexion von Sonnenlicht bei Schnee größer als über Land und Meer.
Das heißt, dass das Eis und der Schnee zu mehr Reflexion als zur Aufnahme von
Energie in Form von „Wärme“ tendieren und dies wiederum begünstigt eine weitere
Abkühlung und zusätzliche Eisbildung. Es setzt somit ein Rückkopplungseffekt ein der
zum zufrieren der gesamten Erde führt. Somit ist der Albedoeffekt ein Nachweis das
sich gegen eine Vollvereisung wiedersetz da bekannt ist, dass im Kambrium ein
globales heißes Klima herrschte.
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7 Der Ausweg aus einer Vollvereisung
Der Ausweg aus einer Vollvereisung war nur durch Kombination vieler einzelner
Vorgänge möglich. „Nachdem länger unklar war, wie der Zustand einer Schneeball-
Erde aus energetischer Sicht beendet werden kann, wird heute davon ausgegangen,
dass langanhaltende vulkanische Eruptionen am Ende des Cryogeniums (vor ca. 630
Millionen Jahren) den CO 2 -Gehalt der Atmosphäre drastisch erhöhten und damit zur
Termination der Vergletscherung führten“ (Rother 2015: 37). Das heißt, dass auch eine
Schneeball-Erde Vulkanausbrüche hatte und, dass diese Kohlendioxidemissionen aus
den Vulkanausbrüchen über etwa zehn Millionen Jahren in der Atmosphäre
akkumulierten. „Normalerweise würde die Verwitterung von silikathaltigem Gestein
dieses Kohlendioxid (CO 2 ) binden und so zu einem stabilen geochemischen
Gleichgewichtszustand führen. Aufgrund der eisbedeckten Kontinente war dieser CO 2 -
Abbau durch Silikatverwitterung aber weitgehend unterbunden“ (Kirschvink 1992: 51).
Mehr Co 2 verstärkt den Treibhauseffekt. Wissenschaftler gehen davon aus, dass die
CO 2 Konzentration mehrere hundert Mal größer war wie im Jahre 2016. Diese Menge
an CO 2 macht ca. 10 Prozent der gesamten Erdatmosphäre aus, heute sind es unter
0,1 Prozent. Deshalb ist es denkbar, dass das gesamte Eis und der Schnee auf der
Erde in einem „Supertreibhaus“ katastrophenartig dahin schmolz. Dies wiederum hatte
zu Folge, dass der Meeresspiegel rasant anstieg. Das Supertreibhaus verschwand
folglich nicht sofort nach der rasanten schmelze, sondern leitete eine warme Periode
in der Erdgeschichte ein. Diese war sehr unruhig, Stürmen und Niederschlägen gab
es täglich. Der Niederschlag war wegen der großen immer noch währenden CO 2
Belastung extrem sauer. Dieser Regen reicherte die Meere mit Kohlenstoff an und
wurde als Karbonat abgesetzt, aus dem Karbonatgesteine entstanden.
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8 Fazit
Geologische Hinweise deuten darauf hin, dass die Erde vor etwa 850 bis 635 Millionen
Jahren phasenweise fast vollständig mit Eis und Schnee bedeckt war. Zu dieser Zeit
schirmte sich der Eispanzen von der Atmosphäre und den Weltmeeren ab bis
Vulkanausbrüche die CO 2 Emissionen über zehn Millionen Jahre hinweg rapide
erhöhte und es plötzlich zu einer Schmelze kam.
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9 Literaturverzeichnis
Allen P. & Etienne J. (2008): Sedimentary challenge to Snowball Earth. Fachzeitschrift
nature geoscience.
Bodiselitsch, B., Koebberl, CH., Sharad, M., Wolf, U. (2005): Estimating Duration and
Intensity of Neoproterozoic Snowball Claciations from Ir Anomalies.-Science, doi:
10.1126/science.1104657
Kirschvink, J., Gaidos, E., Bertani, E., Beukes, N., Gutzmer, J., Meapa, L., Steinberger,
R. (1999): Paleoproterozoic snowball Earth: Extreme climatic and geochemical global
change and biological consequences.- PNAS, Vol.97
Losch, M. & Hanfland, C. (2014): Als die Erde ein Schneeball war. WILEY-VCH. In:
Zeitschrift, Physik in unserer Zeit.
MacDonald, Francis, A., Schmitz, Mark, D., Crowley, J., Roots, Jones, Davis, Maloof,
Adam, C., Strauss, Justin, V., Cohen, P., Johnston, D., Schrag, D. (2010): Calibrating
the Cryogenian.- Science, doi: 10.1126/science.1184508
Rother, H. & Meschede, M. (2015): Vereiste und eisfreie Erde. Ein Üerblick. In: Lozan,
J.L., H. Grassl, D. Kasang, D. Notz & H. Escher-Vetter (Hrsg.). Warnsignal Klima: Das
Eis der Erde.
Swanson Hysel, Nocholas, L., Rose C., Calmet, Claire, C., Halveron, G., Hurtgen, T.,
Maloof, Adam, C. (2010): Cryogenian Claciation and the Onset of Carbon-Isotope
Decoupling. –Science, doi: 10.1126/science.1184508
10 Abbildungsverzeichnis
ABBILDUNG 1: EISZEITEN. EINORDNUNG IN ZEITACHSE (QUELLE: LOSCH & HANFLAND 2014:
65) ................................................................................................................. 4
ABBILDUNG 2: DROPSTONE, BRASILIEN. (QUELLE: WIKIPEDIA) .......................................... 6
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ABBILDUNG 3: BÄNDERERZ AUS NORDAMERIKA, 2,1 MILLIARDEN JAHRE ALT (QUELLE:
WIKIPEDIA) ............................................................................................................. 6
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