Die Ozeane der Erde waren in mehrfacher Hinsicht lebensspendend: Nur ihr erhöhter Salzgehalt hätte den Kohlendioxidgehalt und das Klima der Urerde in einen bewohnbaren Bereich bringen können, wie eine Simulation nahe legt. Dadurch nahm das salzhaltigere Wasser weniger CO2 auf und gefror später, was wiederum ein wärmeres Klima förderte und die damals deutlich schwächere Strahlung der jungen Sonne kompensierte, berichten die Forscher.
Tatsächlich muss die Erde in ihren Anfängen ziemlich kalt und unbewohnbar gewesen sein. Die junge Sonne strahlte vor etwa vier Milliarden Jahren 20 bis 25 Prozent weniger Licht und Wärme aus. Die junge Erde sollte also zu kalt für flüssiges Wasser und Leben gewesen sein. Das Klima war jedoch mild und die Meere bedeckten den gesamten Planeten.
Löst der Ozean das Paradox der jungen und schwachen Sonne?
Wie war das möglich? Dieser Widerspruch, auch Paradoxon der schwachen jungen Sonne genannt, ist nicht eindeutig geklärt. Obwohl einige Hypothesen darauf hindeuten, dass eine erhöhte Konzentration von Treibhausgasen wie Methan oder Kohlendioxid in der Primäratmosphäre den Strahlungsmangel ausgeglichen haben könnte, ist dies noch nicht eindeutig nachgewiesen worden.
Stephanie Olson von der Purdue University in Indiana und ihre Kollegen haben möglicherweise eine andere Erklärung für das Paradoxon gefunden. Sie haben untersucht, ob und wie der Salzgehalt der Ozeane das Erdklima beeinflusst. Es ist bereits bekannt, dass eine Erhöhung des Gehalts an gelösten Salzen die Aufnahme von Gasen ins Wasser hemmt: Ein salzigerer Ozean nimmt weniger CO2 oder Methan auf und erhöht daher seinen Gehalt in der Luft. „Außerdem senkt ein höherer Salzgehalt den Gefrierpunkt des Wassers und verhindert so die Bildung von Meereis“, sagen die Forscher.
Urland in drei Varianten
Doch bisher ist unklar, wie salzig die Urmeere waren. „Aber wir haben allen Grund zu der Annahme, dass sich der Salzgehalt der Ozeane im Laufe der Erdgeschichte verändert hat“, schreibt das Team. Einerseits können Verdunstung, hydrothermale Quellen sowie Verwitterung und andere geochemische Prozesse den Salzgehalt des Meerwassers verändern. Dagegen bleiben gelöste Natrium- und Chlorid-Ionen nur durchschnittlich etwa 80 bis 98 Millionen Jahre im Meerwasser, müssen also immer wieder durch diese Prozesse zugeführt werden.
Olson und seine Kollegen rekonstruierten für ihre Studie drei Varianten der noch weitgehend von Wasser bedeckten Urerde in einem gekoppelten Ozean-Atmosphäre-Modell. Diese unterschieden sich nur im Salzgehalt des Meerwassers, der um 2, 3,5 und 5 Prozent niedriger, gleich und höher war als heute. Alle drei Modelle erhielten 20 Prozent weniger Sonneneinstrahlung als heute und hatten eine von CO2 und Methan dominierte Atmosphäre.
Meereisbedeckung der frühen Erde bei unterschiedlichen Werten des atmosphärischen CO2 und des Salzgehalts der Urozeane. © Olson et al./ Geophysical Research Letters, CC-by-nc-nd 4.0
Mehr Hitze und weniger Eis
Das Ergebnis: Schon ein etwas höherer Salzgehalt als das Urmeer hätte sich positiv auf die klimatische Entwicklung der Urerde ausgewirkt. „Der erhöhte Salzgehalt der Ozeane verursachte eine Erwärmung, insbesondere in hohen Breiten, und eine Verringerung der Meereisbedeckung“, berichtet das Team. Im Szenario mit dem höchsten Salzgehalt waren die globalen Temperaturen fast ein Grad höher und im hohen Norden sogar fast zwölf Grad höher als im salzärmeren Urmeer. Die Meereisfläche war etwa 71 Prozent kleiner.
Bei gleichem CO2-Gehalt und gleicher Sonneneinstrahlung wäre eine frühe Erde mit einem heutigen Meeressalzgehalt von 3,5 Prozent fast vollständig eiszeitlich gewesen und hätte am Äquator nur einen Streifen offenes Wasser behalten. „Erhöht man aber den Salzgehalt um fünf Prozent, ergibt das Modell ein warmes Klima mit Oberflächentemperaturen von etwa gut 20 Grad und nur saisonalem Eis an den Polen“, sagen Olson und sein Team.
Darüber hinaus senkt ein salzigerer Ozean die CO2-Schwelle, bei der der Planet in den „Schneeball“-Zustand einer globalen Eiszeit fällt. „Die Schwelle, an der die Erde plötzlich zwischen verschiedenen Klimazuständen kippt, hängt vom Salzgehalt ab“, sagen die Wissenschaftler.
„Salz der Erde“ als Schlüsselzutat
Dem Forscherteam zufolge könnte der Urozean früher als bisher angenommen eine größere Rolle für das Klima der Erde gespielt haben. „Unsere Ergebnisse werfen die aufregende Möglichkeit auf, dass ein ursprünglicher Salzozean die schwache Helligkeit der jungen Sonne zumindest teilweise ausgeglichen haben könnte“, schreiben Olson und Kollegen. “Dann wäre Salz eine wesentliche Zutat für die Bewohnbarkeit der Urerde gewesen.”
Ob das Urmeer tatsächlich salziger war als heute, ist noch unklar. Die zahlreichen Vorkommen primitiver Salzsedimente machen es laut Forschern aber sehr wahrscheinlich. Einigen Studien zufolge könnte das darin gebundene Salz ausreichen, um den Salzgehalt der präkambrischen Meere auf etwa fünf Prozent zu bringen. Erst im Laufe der späteren Erdgeschichte sank der Salzgehalt der Meere durch geochemische Prozesse allmählich auf seinen heutigen Wert. (Geophysical Research Letters, 2022; doi: 10.1029 / 2021GL095748)
Quelle: Geophysikalische Forschungsbriefe
21. Juni 2022
– Nadja Podbregar