Ein Team von Geolog:innen unter Leitung der Universität von Colorado im US-amerikanischen Boulder im Bundesstaat Colorado hat Beweise für die Hypothese vorgelegt, dass die Erde einst von massiven Gletschern bis zum Äquator bedeckt war. Damit wird die sogenannte Snowball-Earth-Theorie belegt.

Diese Theorie besagt, dass es zwischen 720 und 635 Millionen Jahren vor unserer Zeitrechnung zu einem Kälteeinbruch gekommen sei, der zu einer umfassenden Vergletscherung des gesamten Erdballs geführt haben soll. „Diese Studie liefert den ersten physischen Beweis dafür, dass Snowball Earth das Zentrum der Kontinente am Äquator erreichte“, erklärt Liam Courtney-Davies, Hauptautor der neuen Studie und Postdoktorand an der Universität Colorado Boulder.

Im Rahmen dieser Studie konzentrierten sich die Geolog:innen des Teams um Liam-Davies auf die Tavakaiv-Sandsteine – kurz Tava genannt – in den Gebirgszügen der Rocky Mountains und fanden dabei entscheidende Einblicke in eine eisbedeckte Epoche. Mittels Laserablation-Massenspektrometrie datierten die Forscher die Gesteine. Dabei stellten sie fest, dass sie vor rund 690 bis 660 Millionen Jahren unter massiven Gletschern begraben gewesen sein müssen.

Die Laserablation-Massenspektrometrie ist eine analytische Methode, die zur Bestimmung der chemischen Zusammensetzung und der Altersdatierung von Materialien verwendet wird. Dabei wird mit einem fokussierten Laserstrahl ein winziger Teil des Probenmaterials verdampft, wodurch sich ein ionisierter Partikelstrahl bildet. Diese Partikel werden anschließend in einem Massenspektrometer analysiert, das die Masse und Zusammensetzung der Atome oder Moleküle in der Probe misst. Es handelt sich um ein Standardverfahren in der geochronologischen Forschung.

Laut Courtney-Davies beleuchtet diese Forschung ein entscheidendes Kapitel in der Erdgeschichte, das mit dem Aufstieg des mehrzelligen Lebens in den Ozeanen nach der Gletscherschmelze zusammenfällt. „Das Klima entwickelte sich, und das Leben entwickelte sich damit. All dies geschah während der Snowball-Earth-Erschütterung“, erläutert er. „Wir müssen diese gesamte Zeitspanne genauer untersuchen, um zu verstehen, wie sich die Erde und das Leben gemeinsam entwickelt haben.“

Die Snowball-Earth-Hypothese wurde erstmals 1992 vom Geologen Joseph Kirschvink vorgeschlagen und gilt seitdem als umstritten. Zwar fand man Hinweise auf dicke Eisschichten an alten Küstenregionen, jedoch selten Beweise, dass auch im Inneren der Kontinente oder sogar nahe dem Äquator Gletscher existiert haben könnten.

Der genaue Auslöser der vollständigen Vergletscherung der Erde ist nicht geklärt. Es wird vermutet, dass eine starke Abnahme des atmosphärischen CO₂-Gehalts oder eine geologische Änderung, wie jene der Lage der Kontinente durch plattentektonische Bewegungen, zu einem Einfrieren des Planeten geführt haben könnten.

Als das Eis sich auszubreiten begann, setzte der sogenannte Albedo-Effekt ein. Das bedeutet, dass immer mehr Sonnenlicht zurück ins All reflektiert wurde, was die Erde weiter abgekühlt und den Vereisungsprozess beschleunigt haben würde.

Der Schneeball-Zustand endete wahrscheinlich durch den Aufbau von CO₂ durch massive Vulkanausbrüche. Die Treibhauswirkung dieses Gases könnte eines Tages ausgereicht haben, um das Eis zu schmelzen.

Das wiederum könnte entscheidend für die Evolution des Lebens gewesen sein, so die Theorie. Die schnellen und drastischen Umweltveränderungen könnten die Entwicklung komplexen, vielzelligen Lebens beeinflusst haben. Wissenschaftler:innen vermuten, dass erst durch diese drastischen Veränderungen evolutionäre Sprünge überhaupt möglich wurden.

Die Forscher:innen konzentrierten sich auf die Tava-Sandsteine am Rande der Rocky Mountains, weil sie vermuteten, dass diese Sandsteine mit alten Eisschichten in Verbindung stehen. Entsprechend datierten sie das Alter von Mineraladern innerhalb der Felsen.

Die Ergebnisse zeigten, dass der Tava-Sandstein während der Snowball-Earth-Epoche unter Gletschern begraben gewesen sein muss. Die Eismassen drückten auf die Oberfläche und pressten die Sande tiefer in das Grundgestein, so die Erkenntnis.

Die Forscher:innen wollen ihre Untersuchungen nun fortsetzen. Sie vermuten, dass ähnliche Formationen auch in anderen Regionen Nordamerikas existieren könnten. Die Studie mit allen Erkenntnissen wurde in dieser Woche in den Proceedings of the National Academy of Sciences veröffentlicht.