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Junge-Sonne-Paradoxon: Das Rätsel der warmen Erdfrühzeit

Foto: M. Rosing

Frühzeit-Paradoxon gelöst Junge Erde schmorte unter wolkenlosem Himmel

Warum gab es bereits zur Frühzeit der Erde Ozeane? Unter der schwachen Sonne des Archaikums hätte eigentlich alles Wasser gefrieren müssen. Jetzt aber scheint das "Junge-Sonne-Paradoxon" gelöst: Wolken- und Landarmut haben der Erde eingeheizt.

Eigentlich hätte die Erde in ihrer Frühzeit ein Frostklumpen sein müssen. Die Sonne strahlte erheblich schwächer als heute. Warum gab es dennoch Ozeane mit flüssigem Wasser? Dieses Jahrzehnte alte Rätsel - das sogenannte "Junge-Sonne-Paradoxon" - scheint nun gelöst. Wolken- und Landarmut haben der Erde eingeheizt, berichten Geoforscher um Minik Rosing von der Universität von Kopenhagen im Wissenschaftsblatt "Nature" .

Bislang glaubten Experten, ein frühzeitlicher Treibhauseffekt habe die frühe Erde erhitzt: Große Mengen Kohlendioxid (CO2) hätten die Wärme der spärlichen Sonnenstrahlung in der Luft gehalten. Geologische Beweise für die Theorie gab es freilich nicht: In altem Gestein fanden sich keine Spuren für sonderlich hohe CO2-Konzentrationen in der Erdfrühzeit.

Seit die Sonne vor 4,5 Milliarden Jahren entstand, strahlt sie immer stärker. So war sie im Archaikum - also bis vor 2,5 Milliarden Jahren  - etwa 30 Prozent schwächer als heute. Geschähe das unter heutigen Bedingungen, würde die Durchschnittstemperatur der Erde um etwa 23 Grad sinken - und Wasser wäre nur noch als Eis vorhanden. Der Planet aber war, so viel ist klar, die meiste Zeit kein Frostklumpen.

Rosing und seine Kollegen konnten nun mit Klimamodellen und der Analyse uralter Gesteine erklären, warum bereits damals ein mildes Klima herrschte. Sie stießen in 3,8 Milliarden Jahre alten Felsen in Grönland auf Eisenoxide und Eisenkarbonate, sogenannte Magnetite und Siderite. Diese Mineralien bilden sich nur, wenn sich relativ wenig CO2 in der Umwelt befindet. Die Gesteinsproben verrieten, dass zu wenig Treibhausgas in der Atmosphäre vorkam, um die Erde trotz der schwachen Sonnenstrahlung zu erwärmen.

Keine Pflanzen, keine Wolken

Mit Computermodellen testeten die Wissenschaftler, was vor sich ging: Sie haben die Umwelt des Archaikums nachgebildet. Schließlich stellten sich ähnliche Temperaturen ein wie heute - trotz geringer Sonnenstrahlung.

Das Ergebnis: Bei sehr geringer Bewölkung und kleineren Landmassen bliebe die Durchschnittstemperatur trotz niedriger Strahlung auf einem ähnlichen Niveau wie heute, berichten die Forscher. Vor allem tiefe Wolken schicken einen großen Teil der Sonnenstrahlung ins All zurück. Eine ähnliche Wirkung haben die Kontinente, die im Vergleich zu den Ozeanen einen höheren Anteil der Strahlung reflektieren.

Nach Ansicht der Forscher liegen die berechneten Temperaturen ziemlich nahe an den bekannten Werten im Archaikum: Es gilt als sicher, dass die Ozeane in diesem Erdzeitalter eine größere Ausdehnung hatten als heute. Zugleich ist eine geringere Wolkenbedeckung für diese Zeit plausibel. Denn Wolken bilden sich nur, wenn sich Wasser an kleinen Partikeln - sogenannten Kondensationskeimen - sammeln kann. Diese entstehen größtenteils aus von Pflanzen und Algen ausgestoßenen Gasen. Solche Lebewesen waren im Archaikum jedoch kaum vorhanden. Damit konnten sich nur wenige Wolken bilden - der Weg für Sonnenstrahlung zur Erde war frei.

boj/ddp
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