Vor der „kambrischen Explosion“, die auf einen Schlag die Vielzeller brachte, war der Planet rundum vergletschert, ein Snowball Earth.
War die Erde einmal – oder mehrfach gar – rundum vereist, kilometerdick, nicht nur über dem Land, auch über den Ozeanen, auch am Äquator? Dafür sprechen, weit draußen auf Meeresböden, gewichtige Zeugen, riesige Steine, die von Gletschern mitgeführt worden sind. Sie bestätigen eine Theorie, die Geologe Michael Budykow (Leningrad) 1962 entwickelt hat. Er war beim Rechnen eines Klimamodells auf die Möglichkeit eines „davonlaufenden Albedo-Effekts“ gestoßen: Albedo ist das Maß für die Reflexionskraft einer Oberfläche, sie hängt von der Farbe ab, Weiß reflektiert stark, auch Sonnenlicht; Schnee und Eis sind weiß, und wenn sie von den Polen weit genug vorgedrungen sind, läuft die Vereisung irgendwann davon, bis zum Äquator.
Budykow nannte das Szenario „Eiskatastrophe“, fand aber wenig Anklang. Wo hätte die Kälte herkommen sollen, wo später wieder Wärme, wo hätte Leben sich halten sollen? Es war schon da, als zum ersten Mal eintrat, was Joseph Kirshvink (Caltech) später „Snowball Earth“ nannte: Vor 2,4 Milliarden Jahren gab es überall Eis, vor 715 Millionen wieder, es hielt die Erde 120 Millionen Jahre im Griff. Wie war das möglich? Lag es an der Sonne? Die strahlte in ihrer Kindheit vor 4,5 Milliarden Jahren nicht so stark wie heute („faint young sun“), aber vor 715 Millionen Jahren war sie bei Kräften, bei nur sieben Prozent weniger als heute.
Woher kam die Kälte dann? Aus dem All? Den Verdacht hegt Alexander Pavlov (University of Colorado): „Ein dramatischer Klimawandel kann durch den Staub verursacht werden, der sich in der Erdatmosphäre sammelt, wenn das Sonnensystem durch eine dichte interstellare Wolke wandert.“ Das soll so gehen: Das Sonnensystem steht nicht still, es kreist um das Zentrum der Milchstraße und durchquert periodisch Regionen mit mehr oder weniger dichtem interstellaren Staub. Alle paar hundert Millionen Jahre kommt es ganz dick, dann könnte sich so viel Staub in der Atmosphäre sammeln, dass es duster wird und kalt (Geophysical Research Letters L03705).
Das hätte es allerdings immer wieder und in regelmäßigen Abständen tun müssen. Wer hat dann vereist? Das Leben? Das blühte justament auf, als der letzte Snowball zu Ende war: Vor 580 Millionen Jahren kamen die ersten Tiere, die Ediacara, vor 542 Millionen waren sie wieder weg, aber da zündete das Feuerwerk der „kambrischen Explosion“. Fast drei Milliarden Jahre war das Leben vor sich hingedümpelt, Einzeller, nichts als Einzeller, Bakterien, Algen, allenfalls noch Schwämme – nun blühte auf einen Schlag eine überbordende Palette von Vielzellern auf.
Ursache oder Wirkung? Oder waren doch vorher schon welche da, von denen nur nichts blieb? Darauf setzt Nick Butterfield (Cambridge): „Tiere haben eine enorme Fähigkeit, die physikalische Umwelt zu ändern.“ Hätte es sie vor 750 Millionen Jahren in Meeren gegeben, hätten sie so viel Kohlenstoff in die Tiefe transportieren können – mit Fäkalien und Kadavern –, dass immer neues Kohlendioxid (CO2) aus der Atmosphäre ins Wasser hätte gelangen müssen. Irgendwann wäre das Treibhausgas in der Luft dann knapp genug geworden für tiefen Frost. Modellrechnungen von Eli Tziperman (Harvard) legen ein solches Szenario nahe (Pnas 108, S.15091), aber es gibt eben keine Spuren dieses hypothetischen Lebens.
Und andere Forscher setzen ohnehin auf ein Gegenszenario: Nicht das Leben habe die Kälte gebracht, sondern die Kälte das (höhere) Leben. So sieht es Noah Planavsky (Yale), sein Zeuge heißt Phosphor: Dessen Gehalte in den Meeren stiegen abrupt, als die Gletscher wichen. Die hatten auf dem Land Gestein zerrieben, auch phosphorhaltiges, es war unter ihren Eismassen begraben. Als sie schmolzen, wurde der Nährstoff in die Meere gewaschen, er brachte extensive Algenblüten, die produzierten Sauerstoff. Zuvor gab es ihn kaum, vor 800 Millionen war gerade ein Hundertstel des heutigen da.
Das war unter dem Eis bald verbraucht, nun konnte etwa Mangan, das aus Tiefseevulkanen quoll, nicht mehr als Oxid ausfallen, es blieb im Wasser gelöst. Doch dann bildeten sich, wieder in der fraglichen Zeit, in kürzester Frist riesige Manganlager, es muss viel Sauerstoff gekommen sein, genug auch für die kambrische Explosion mit ihrem energiehungrigen Leben. Oder war alles ganz anders? Entstand mehrzelliges Leben schon unter dem Eis? Verzichteten die letzten Einzeller in ihrer Not in Kälte und Finsternis darauf, sich je für sich zu reproduzieren, taten sie sich stattdessen zusammen, arbeitsteilig, „altruistisch“? Die exotische Idee stammt von Richard Boyle (Odense), viele Anhänger hat sie nicht (Geobiology 5, S.335).
Das ging temporär auch dem Snowball so, spätere Klimamodellierer konnten Budykos galoppierende Albedo nicht bestätigen, die Meere speicherten zu viel Wärme für ein Überfrieren: Science sagte die Vereisung tot und wollte allenfalls einen „Slushball“ dulden, einen aus Matsch (327, S.1186). Aber dann kam Christian Köberl, Geochemiker an der Uni Wien und Chef des Naturhistorischen Museums, er kam wieder mit kosmischem Staub, aber nicht mit einer Hypothese wie Pavlov, sondern mit Messungen: Falls es einen Snowball gab, sammelte sich der aus dem All rieselnde Staub auf dem Eis und ging beim Schmelzen auf einen Schlag in die Sedimente. So war es, das fand Köberl in Bohrkernen aus Afrika (Science 308, S.239).
Wie kalt es war, stand dort nicht geschrieben, aber es gibt auch dafür einen Zeugen: Sauerstoff. Dessen Isotope lagern sich bei verschiedenen Temperaturen in verschiedenen Verhältnissen etwa in Wasser ein. In Spuren in altem Gestein hat Daniel Herwatz (Köln) nun gelesen, dass es damals allerorten so kalt war wie heute in der Antarktis, minus 43 Grad (Pnas 13.4.) Was brachte die wieder zum Weichen? Vulkane, das rechnete Kirshvink vor: Sie mussten 35 Millionen Jahre lang CO2 emittieren, bis der Gehalt in der Atmosphäre hoch genug war – 350-mal so hoch wie heute –, um nicht nur Flüsse und Seen vom Eise zu befreien, sondern auch die Meere.
("Die Presse", Print-Ausgabe, 07.06.2015)