Algen tiefkühlten Erde vor Jahrmillionen

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Je mehr Algen, desto dichter die Wolken

Sonne über Wolken in Berlin – Foto © Gerhard Hofmann, Agentur Zukunft

Wenn Bakterien abgestorbene Algen zersetzen, kann die Atmosphäre mit von den Algen stammenden Schwefelverbindungen angereichert werden. Diese Aerosole dienen als Kondensationskeime für Wolken. Je mehr Aerosole sich in der Atmosphäre befinden, an desto mehr Stellen können sich die Wassertropfen festhalten. Es entstehen besonders dichte Wolken, die lange in der Atmosphäre verbleiben bevor sie abregnen. Weil die Sonnenstrahlung an den Wolken reflektiert wird, kühlt die Erde ab.

Bis jetzt konnten die Vereisungen vor rund 700 Millionen Jahren nach einer etwa eine Milliarde Jahre dauernden Phase relativer Stabilität nicht zufriedenstellend erklärt werden. Die neue Studie schließt hier eine wichtige Wissenslücke. Die Forscher nutzten dazu neue Erkenntnisse über die Evolution sogenannter eukaryotischer Algen. Diese Algen gelten auch heute als Hauptquelle für Wolkenkondensationskeime über den Meeren, die zur Wolkenbildung beitragen: Wenn die Algenzellen absterben, werden sie von Bakterien zersetzt, und feinstes organisches Material gelangt in die Luft. Hier reagiert es unter anderem zu Schwefelsäure-Verbindungen, an denen sich Wassertröpfchen und damit Wolken bilden können. Wolken wiederum sind neben der Intensität der Sonne, der Konzentration von Treibhausgasen und dem Reflexionsvermögen der Erdoberfläche wichtig für die Energiebilanz des Planeten, und ihre Zunahme kann zu einer Abkühlung des Klimas führen.

Dass eine dichtere Wolkendecke tatsächlich eine Mitschuld an der Schneeball-Erde tragen würde, haben Georg Feulner und Hendrik Kienert, Wissenschaftler des Potsdam Institutes für Klimafolgenforschung mit Klimamodellen errechnet. Sie simulierten die Lage der Kontinente vor 720 Millionen Jahren und veränderten sowohl die Konzentration von Kohlendioxid als auch die Wolkendecke. Es zeigte sich, dass erst eine Kombination aus sehr wenig Kohlendioxid und vielen Wolken, also vielen Aerosolen, die Erde in den Schneeballstatus kippen lassen kann. Die Ergebnisse zeigen, dass die Vermehrung der Algen und ihrer Emissionen in der damaligen Atmosphäre eine Rolle bei der Abkühlung gespielt haben müssen.

„Dies bedeutet auch, dass es vor diesem massiven Aufkommen mariner Algen sehr schwierig gewesen sein könnte, eine Schneeball-Situation entstehen zu lassen“, erklärt Hallmann. „Unsere Studie liefert somit auch eine Erklärung, warum es in den Millionen Jahren davor gar keine Anzeichen für so einen drastischen Klimaumschwung gab. Das erste große Aufkommen von marinen Algen hatte höchstwahrscheinlich entscheidende Konsequenzen für die weitere Entwicklung der Umweltbedingungen und des Lebens auf der Erde – ein komplexer Prozess, dessen Details wir gerade erst anfangen zu verstehen“.

Eine neue Schneeball-Erde müssen wir zurzeit nicht fürchten

Ein Problem bleibt. „Wir können nicht mit hundertprozentiger Sicherheit sagen, ob die damaligen Algen tatsächlich in der Lage waren, die Schwefelverbindungen herzustellen, die als Aerosole dienen“, sagt Hallmann. Denn solche Rückschlüsse zu ziehen, ist sehr schwer. Zwar wissen die Forscher aus fossilen Funden, dass eukaryotische Algen sich vor 800 Millionen Jahren stark vermehrten. Aber welche Moleküle sie produzierten, ist nicht so einfach herauszufinden. Hallmann ist optimistisch: „Wir wissen, welche Algen heutzutage in der Lage sind, die nötigen Schwefelmoleküle herzustellen. Laut molekularbiologischen Studien sind die Chancen hoch, dass zumindest eine dieser Algenlinien bereits vor dem Schneeball-Ereignis existiert hat.“

Auch heute noch gelten Algen als Hauptquelle für Kondensationskeime, die zur Wolkenbildung über den Meeren beitragen.  Darüber hinaus entziehen Algen der Atmosphäre Kohlendioxid. Sie haben also gleich in zweifacher Weise eine kühlende Wirkung auf das Klima.

Das Klima der Erde schwankt, seit der Planet vor 4,6 Milliarden Jahren geboren wurde. Die meiste Zeit über befand sich unser Planet in einer Warmzeit – selbst Nord- und Südpol waren frei von Schnee. Doch während ein paar extremer Eiszeiten war die Erde nahezu komplett mit Schnee bedeckt. Die letzten beiden solcher extremen Schneeball-Vereisungen fanden während des Cryogeniums, der Periode vor 720 bis 635 Millionen Jahren statt. Für eine Rückkehr zu solchen Bedingungen besteht zurzeit keine Gefahr.

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