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(4) Ereignisse im Präkambrium Klima- und Umweltveränderungen Klima 64.

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Präsentation zum Thema: "(4) Ereignisse im Präkambrium Klima- und Umweltveränderungen Klima 64."—  Präsentation transkript:

1 (4) Ereignisse im Präkambrium Klima- und Umweltveränderungen Klima 64

2 Zeit im Fluss Klima 65 Die Grenzen zwischen den einzelnen Perioden bzw. Epochen haben sich zwischen 1937 (jeweils links) und 2004 (jeweils rechts) z.T. kräftig verschoben. Quelle und oberste Instanz (auch für die allfällige Einführung des Anthropozän): International Commission on Stratigraphy (ICS),

3 Zeitskala Klima 66 Die aktuelle Version (2015) der geologischen Zeitskala,

4 Erdgeschichte Eine ganz kurze Geschichte der Erde (A. Vallee). Klima 67

5 Alte Gesteine Der kanadische Acasta Gneis (engl.: „Gneiss“, hier ein Stück aus dem Naturhistorischen Museum in Wien) ist bis zu 4.0 Mrd. Jahre alt. Das Alter des Nuvvuagittuq-Grünsteingürtels (rechts, ebenfalls in Kanada, Bild: NASA, Inset: UF, Joanneum) ist heftig umstritten. Auffällig sind Spuren von Neodym-142, das beim Zerfall von Samarium-146 entsteht. Wegen seiner Halbwertszeit von nur 68 Millionen Jahren dürfte es in dieser Konzentration eigentlich nur in Gestein vorkommen, das bis zu 4.4 Mrd. Jahre alt ist. Lutetium-Hafnium Daten ergeben allerdings ein Alter von „nur“ 3.8 Mrd. Jahren. Klima 68

6 Alte Sedimente Klima 69 Die Gesteine der Isua Formation in Südwest-Grönland sind bis zu 3.8 Milliarden Jahre alt, zu ihnen gehören die (bis jetzt) ältesten bekannten Sedimentgesteine, die offenbar am Grund eines damals schon „voll entwickelten“ Ozeans abgelagert wurden. Für die Zeit, aus der keine Erdkruste bekannt ist, wird auch (inoffiziell) der Begriff Hadaikum („Hadean“) verwendet (ICS: bis 4.0 Ga, z.T. auch 3.8 Ga).

7 Stromatolithen Rezente Stromatolithen in der Sharkbay (Westaustralien) Fossiler Stromatolith Algenmatten aus Cyanobakterien fangen Suspensionsmaterial der Küstengewässer ein, integrieren es in ihren Stoffwechsel und fördern damit offenbar die Aus- fällung von Kalziumkarbonat, das dann die Algen überzieht. Die Algen wachsen durch den Überzug und der Prozess wiederholt sich. Klima 70

8 Bildung von Stromatolithen Biofilm mit Cyanobakterien (gelb, Durchmesser 5 µm), Kalzitkristallen (grün) und einem Fadenwurm (grünliches Band) aus einem Soda-See (Pyramid Lake, Nevada). Aufnahme mit Laser Scanning Mikroskop LSM (Quelle: Zeiss). Klima 71

9 Stromatolithen Schnitt durch einen fossilen Stromatolithen (Denver Museum of Nature & Science, Bild UF). Klima 72

10 Frühe Cyanobakterien? Aus North Pole, ebenfalls West-Australien, stammt der aussichtsreichste Kandidat für einen ca. 3.5 Ga Jahre alten fossilen Stromatolithen (Quelle: Geological Survey of Western Australia). Spuren im etwa 3.5 Ga alten Apex Chert, West- Australien haben verblüffende Ähnlichkeit mit heutigen Cyanobakterien (Quelle: Nature). Klima 73

11 Methan in der frühen Atmosphäre In einer Welt ohne freien Sauerstoff können Methanogene gut gedeihen, das produzierte Methan wärmt die Erde mittels Treibhaus- effekt. Je wärmer es wird, desto besser gedeihen Methanogene. Bevor es dadurch allerdings zu einer Überhitzung der Erde kommt, tritt ein Regelmechanismus auf. Bei steigender Methankonzentration bilden sich, angeregt von der UV-Strahlung der Sonne, immer mehr Kohlenwasserstoffketten (Paraffine). Es bildet sich organischer Dunst, der kurzwellige Sonnenstrahlung reflektiert. Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft, J.F. Kasting. Klima 74

12 Blauer Planet? Falls dieser Prozess tatsächlich stattgefunden hat, dann war die Erde im Archaikum kein blauer Planet, so wie wir sie heute kennen (links, Quelle: NASA – Apollo). Von außen betrachtet, hätte sie wohl etwa so ausgesehen wie heute der rosa-orangefarbene Saturnmond Titan (rechts, Quelle: NASA – Cassini), im großen Bild sieht man deutlich mehrere Schichten aus organischem Dunst. Klima 75

13 Ein Regelkreis Wenn man noch den CO 2 Verlust durch verstärkte Verwitterung einbezieht, wird es langsam komplex. Darstellung wieder nach James F. Kasting. Klima 76 Oberflächen- temperatur CH 4 Produktion Organischer Dunst CH 4 /CO 2 Verhältnis in der Atmosphäre CO 2 Verlust (Verwitterung) (–)

14 Bändereisenerze Etwa 2.5 Mrd. Jahre alte Bänder- Eisenerze ( engl.: „Banded Iron Formations“ - BIFs) aus West- australien. Die rote Färbung stammt von dem Eisenoxid Hämatit (Fe 2 O 3 ). Gebänderte, eisenhaltige Kiesel- schiefer (Itabirite) wurden ursprünglich als eisenhaltiger Schlamm aus dem Meer ab- geschieden, sie belegen, dass die Ozeane große Mengen an ge- löstem Eisen enthielten. Atmosphärischer Sauerstoff über- führt zweiwertiges Eisen sofort in unlösliche Verbindungen des dreiwertigen Eisens. Vor 2.5 Mrd. Jahren muss die Atmosphäre daher noch weit- gehend sauerstoff-frei gewesen sein. Bild: Lamb & Sington. Klima 77

15 Gletscherspuren Gletscherspuren (links) Gletscher- schliff und Gletscherschrammen, in der St. John‘s Bay, Neufundland (oben), Quelle: Lamb & Sington. Klima 78

16 Rotsedimente Klima 79 Rotsedimente - Quelle: UF.

17 Das Oklo-Phänomen Uran-Tagbau an der Lagerstätte Oklo in Gabun (links). Bei der Kernspaltung (oben) entstehn charakteristische Spaltprodukte, wie z.B. 9 verschiedene, stabile Xenon Isotope (Quelle: Spektrum d. Wiss., A.P. Meshik). Klima 80

18 Das Oklo-Phänomen Reste von zwei der insgesamt 17 natürlichen Kernreaktoren die vor etwa 1.7 Milliarden Jahren bei Oklo im heutigen Gabun für ungefähr 2 Millionen Jahre bei Temperaturen von °C in Betrieb waren (Quelle: R. Loss, Curtin Univ. of Tech.). Klima 81

19 Die Erde vor 650 Millionen Jahren (Vorsichtige) Rekonstruktion der Verteilung der Kontinente am Ende des Präkambriums, heutige Umrisse zur Übersicht (Quelle: C.R. Scotese). Klima 82

20 Weltweite Vereisung Schneeball Erde während der Varanger Vereisung (Quelle: GEO). Klima 83

21 Weltweite Vereisung Der Jupitermond Europa als Beispiel für einen vollständig von Eis bedeckten Himmelskörper (unten, Quelle: NASA). Die Grimsvötn-Eruption 1996 als Bei- spiel für einen subglazialen Vulkan- ausbruch (unter dem Vatnajökull, mit 8100 km 2 einer der größten Gletscher Europas) Quelle: F. Sigmundsson. Klima 84

22 Karbonat–Silikat–Zyklus Klima 85 (−)(−) Oberflächen- temperatur Regen Silikat- verwitterung CO 2 in der Atmosphäre Treibhaus- effekt Der Karbonat–Silikat–Zyklus als Negative Rückkoppelung

23 Weltweite Vereisung Spuren in Namibia – Klippen an der Skelettküste Bändereisenerze aus Kanada mit eingelagertem Dropstone. Alle Bilder (c) Paul F. Hoffman. Schutt von schmelzenden Eisbergen – Dropstones und Karbonatsedimente unmittelbar darüber Karbonatsedimente Gletscherschutt Klima 86

24 Ediacara Fauna Abdruck eines Mitglieds der Ediacara-Fauna – Dickinsonia (links). Rekonstruktion der Lebensgemeinschaft (rechts). Quelle: Smithsonian Museum. Klima 87

25 Treibhausgase Klima 88 Bildquelle: Spektrum der Wissenschaft, J.F. Kasting.


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