Klima- und Umweltveränderungen (4) Ereignisse im Präkambrium

Klima 65 Zeit im Fluss Cretaceous, Jurassic und Triassic sind die englischen Bezeichnungen für Kreide, Jura und Trias. Tyrannosaurus rex, der in der Kreidezeit lebte, hat also im „Jurassic Park“ eigentlich gar nichts verloren. 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), www.stratigraphy.org

Klima 66 Zeitskala Die aktuelle Version (2015) der geologischen Zeitskala, www.stratigraphy.org

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

Klima 68 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 69 Alte Sedimente 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).

Klima 70 Stromatolithen 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. Rezente Stromatolithen in der Sharkbay (Westaustralien) Der Balken im Algen-Bild hat eine Länge von 20 m. Rezent bedeutet einfach „der erdgeschichtlichen Gegenwart angehörig“ - im Gegensatz zu fossil. Fossiler Stromatolith

Bildung von Stromatolithen Klima 71 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 72 Stromatolithen Schnitt durch einen fossilen Stromatolithen (Denver Museum of Nature & Science, Bild UF).

Klima 73 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).

Methan in der frühen Atmosphäre Klima 74 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. „Als Mikroben das Klima steuerten“ von James F. Kasting, Spektrum der Wissenschaft, September 2004, 62 – 68.

Klima 75 Blauer Planet? Die linke Aufnahme stammt von der Apollo 8 Mission. 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.

Ein Regelkreis (–) Oberflächen- temperatur CH4 Produktion Organischer Klima 76 Ein Regelkreis Oberflächen- temperatur CH4 Produktion Organischer Dunst CH4/CO2 Verhältnis in der Atmosphäre CO2 Verlust (Verwitterung) (–) Wenn man noch den CO2 Verlust durch verstärkte Verwitterung einbezieht, wird es langsam komplex. Darstellung wieder nach James F. Kasting.

Klima 77 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 (Fe2O3). 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 78 Gletscherspuren Genaueres zu Gletschern folgt in den Juni-Vorlesungen. Gletscherspuren (links) Gletscher-schliff und Gletscherschrammen, in der St. John‘s Bay, Neufundland (oben), Quelle: Lamb & Sington.

Rotsedimente - Quelle: UF. Klima 79 Rotsedimente Rotsedimente - Quelle: UF.

Klima 80 Das Oklo-Phänomen „Natürliche Kernreaktoren“ von Alex P. Meshik, Spektrum der Wissenschaft, Juni 2006, 84 – 90. 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).

Das Oklo-Phänomen http://www.oklo.curtin.edu.au/index.cfm Klima 81 Das Oklo-Phänomen http://www.oklo.curtin.edu.au/index.cfm 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 300-400 °C in Betrieb waren (Quelle: R. Loss, Curtin Univ. of Tech.).

Die Erde vor 650 Millionen Jahren Klima 82 Die Erde vor 650 Millionen Jahren Rekonstruierte Weltkarten für alle Perioden der Erdgeschichte findet man unter: http://www.scotese.com/earth.htm Auf späteren Folien kommen noch einige weitere Beispiele. (Vorsichtige) Rekonstruktion der Verteilung der Kontinente am Ende des Präkambriums, heutige Umrisse zur Übersicht (Quelle: C.R. Scotese).

Klima 83 Weltweite Vereisung GEO Kompakt Nr. 1, „Die Geburt der Erde“, 2004. Schneeball Erde während der Varanger Vereisung (Quelle: GEO).

Klima 84 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 km2 einer der größten Gletscher Europas) Quelle: F. Sigmundsson.

Karbonat–Silikat–Zyklus Klima 85 Karbonat–Silikat–Zyklus Der Karbonat–Silikat–Zyklus als Negative Rückkoppelung (−) Oberflächen- temperatur Regen Silikat- verwitterung CO2 in der Atmosphäre Treibhaus- effekt

Weltweite Vereisung Bändereisenerze aus Kanada mit eingelagertem Klima 86 Weltweite Vereisung Bändereisenerze aus Kanada mit eingelagertem Dropstone. Alle Bilder (c)Paul F. Hoffman. Karbonatsedimente Gletscherschutt Einen Artikel über die neoproterozoischen Vereisungen von Paul F. Hoffman und Daniel P. Schrag (rechts bzw. links in der Abbildung rechts unten) gibt es in der Jänner Ausgabe von Scientific American, unter http://www.sciam.com/2000/0100issue/0100hoffman.html Die deutsche Übersetzung in der April Ausgabe von Spektrum der Wissenschaft (allerdings nicht on-line). Einen anderen Artikel der gleichen Autoren unter http://www.eps.harvard.edu/people/faculty/hoffman/snowball_paper.html Von dort stammen auch die oben verwendeten Abbildungen. Schutt von schmelzenden Eisbergen – Dropstones und Karbonatsedimente unmittelbar darüber Spuren in Namibia – Klippen an der Skelettküste

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

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