Wissenschaftler haben die Existenz extrem heißer Meere auf der frühen Erde in Frage gestellt

Wissenschaftler haben die chemische Zusammensetzung von mehr als 18.000 Sedimentproben analysiert und diese Daten mit Computermodellen des Klimas in der Vergangenheit abgeglichen. Die Ergebnisse zeigen, dass die durchschnittliche Oberflächentemperatur der Erde in den letzten 539 Millionen Jahren wahrscheinlich größtenteils im Bereich von etwa 10 bis 30 °C lag. Das frühe Paläozoikum war warm, aber nicht unbedingt wesentlich heißer als spätere warme Epochen.

Dies bedeutet jedoch nicht, dass man den heutigen Klimawandel nicht fürchten müsse. Die natürlichen Mechanismen, die die Temperatur der Erde stabilisierten, wirken über Hunderttausende und Millionen von Jahren – weitaus langsamer als die derzeitige Erwärmung.

Warum Wissenschaftler fast kochende Meere erwartet hatten

Die Klimageschichte lässt sich nicht mit herkömmlichen Thermometern rekonstruieren. Daher suchen Forscher in alten Gesteinen und Fossilien nach chemischen Anzeichen, die sich je nach Temperatur verändern.

Einer der wichtigsten Indikatoren war lange Zeit das Verhältnis der Sauerstoffisotope in Mineralien und fossilen Überresten von Meeresorganismen. Einige auf dieser Grundlage erstellte Rekonstruktionen zeigten, dass sich tropisches Meerwasser im Kambrium und im frühen Ordovizium auf über 40 °C und zeitweise sogar auf fast 50 °C erwärmen konnte.

Dies stellte ein großes Rätsel dar. Gerade im frühen Paläozoikum wurde das Leben im Meer rasch komplexer und vielfältiger. Doch ein dauerhaftes Überleben von Tieren in derart heißem Wasser, insbesondere bei relativ geringem Sauerstoffgehalt, erschien unwahrscheinlich.

Zudem könnte sich die Isotopenzusammensetzung des urzeitlichen Meerwassers von selbst verändert haben. In diesem Fall könnte ein Teil des Signals, das als sehr hohe Temperatur interpretiert wurde, mit einer Veränderung der Meereschemie zusammenhängen und nicht mit extremer Hitze.

Was die Forscher aus den alten Gesteinen ableiteten

In der neuen Studie wandten die Wissenschaftler einen unabhängigen Indikator an – den Index der chemischen Gesteinsveränderung (CIA). Er gibt an, inwieweit die ursprünglichen Mineralien unter dem Einfluss von Wasser und Klima zersetzt wurden.

In einem warmen und feuchten Klima verläuft die chemische Verwitterung in der Regel intensiver. Bewegliche Elemente wie Kalzium, Natrium und Kalium werden nach und nach ausgewaschen, während das weniger bewegliche Aluminium zurückbleibt. Anhand des Verhältnisses dieser Elemente lassen sich die Bedingungen, unter denen sich das Sedimentmaterial gebildet hat, annähernd einschätzen.

Die Forscher sammelten 18.368 geochemische Datensätze, die fast das gesamte Phanerozoikum – die letzten 539 Millionen Jahre – abdecken. Anschließend rekonstruierten sie die ursprüngliche Lage der Proben auf den wandernden Kontinenten und verglichen diese mit den Ergebnissen globaler Klimamodelle. Die Modellierung umfasste 109 Zeitintervalle und berücksichtigte die frühere Geografie, die Kohlendioxidkonzentration sowie die Schwankungen der Sonnenintensität.

Wie heiß war die Erde in der Vergangenheit?

Die vorliegende Rekonstruktion stützt nicht die Vorstellung vom frühen Paläozoikum als einer außergewöhnlichen Epoche fast unerträglicher Hitze.

Nach der Hauptschätzung der Autoren blieb die durchschnittliche Oberflächentemperatur des Planeten während des Phanerozoikums in etwa im Bereich von 10–30 °C. Die Ozeane des Paläozoikums waren hinsichtlich ihrer Temperatur mit den Warmphasen des Mesozoikums und des Känozoikums vergleichbar und lagen nicht wesentlich darüber.

Das bedeutet jedoch nicht, dass die Erde in der Vergangenheit kühl war. Während einiger warmer Epochen könnte die globale Durchschnittstemperatur deutlich höher gewesen sein als heute. Die neue Studie stellt jedoch die extremsten Schätzungen in Frage, insbesondere die Vorstellung von einem lang anhaltenden Vorhandensein tropischer Meere mit Temperaturen um die 50 °C.

Die Autoren betonen, dass selbst die „heißeste“ der von ihnen geprüften Rekonstruktionsvarianten die extremen Temperaturen des Kambriums, die sich aus einem Teil der Isotopendaten ergaben, nicht nachbilden konnte.

Wie die Erde ihre Temperatur aufrechterhielt

Die Ergebnisse stützen die Vorstellung, dass die Erde über einen langsamen natürlichen „Thermostat“ verfügt.

Einer ihrer wichtigsten Mechanismen ist die Verwitterung von Silikatgestein. Wenn das Klima wärmer und feuchter wird, zerfällt das Gestein schneller. Im Zuge der damit verbundenen chemischen Reaktionen wird Kohlendioxid nach und nach aus der Atmosphäre entfernt und anschließend in Mineralien und Meeresablagerungen gebunden.

Da CO₂ Wärme speichert, schwächt eine Verringerung seiner Konzentration im Laufe der Zeit den Treibhauseffekt ab. Kühlt sich der Planet ab, verlangsamt sich die Verwitterung, Kohlendioxid beginnt sich schneller anzureichern, und das Klima kann sich wieder erwärmen.

Solche negativen Rückkopplungen könnten die Temperatur über einen Zeitraum von Hunderten von Millionen Jahren in einem Bereich gehalten haben, der es der Biosphäre ermöglichte, zu existieren und sich zu entwickeln.

Warum der natürliche „Thermostat“ die derzeitige Erwärmung nicht aufhalten wird

Aus der Studie lässt sich nicht ableiten, dass das Klimasystem die aktuelle Situation automatisch korrigieren wird.

Die geologische Verwitterung verläuft äußerst langsam. Sie benötigt Hunderttausende oder Millionen von Jahren, während der Mensch die Konzentration der Treibhausgase innerhalb von Jahrzehnten und Jahrhunderten drastisch erhöht.

Daher können die warmen Perioden der Vergangenheit nicht als direkter Beweis dafür angesehen werden, dass die heutigen Ökosysteme einen raschen Temperaturanstieg unbeschadet überstehen werden. In der Vergangenheit stellten sich die klimatischen Bedingungen allmählich ein, wodurch den Organismen deutlich mehr Zeit für Migration und evolutionäre Anpassung blieb.

Das Tempo der heutigen Veränderungen ist grundlegend anders. Mehr noch: Sollte die neue Rekonstruktion zutreffen und der Planet in der Vergangenheit tatsächlich nur selten extreme Temperaturen erreicht haben, macht dies eine mögliche starke anthropogene Erwärmung nicht weniger, sondern potenziell noch besorgniserregender.

Was dies für die Geschichte der ersten Tiere bedeutet

Die gemäßigteren Temperaturen der Meere im frühen Paläozoikum tragen dazu bei, zu erklären, wie sich komplexe mehrzellige Organismen in ihnen ausbreiten konnten.

Das Phanerozoikum begann vor etwa 539 Millionen Jahren und umfasst die zunahme der Artenvielfalt der Tiere im Kambrium, den Aufstieg der Pflanzen an Land, die Entwicklung der Wirbeltiere und die Entstehung moderner Ökosysteme. Die Temperatur war einer der Faktoren, die bestimmten, welche Organismen existieren konnten und wie viel Sauerstoff im Wasser verfügbar war.

Wären die frühen tropischen Ozeane nicht ständig auf 40–50 °C erhitzt gewesen, hätten die Bedingungen für die Entwicklung von Tieren deutlich günstiger sein können. Die neue Rekonstruktion verringert somit den Widerspruch zwischen früheren Temperaturschätzungen und den fossilen Belegen für die Ausbreitung des Lebens.

Einschränkungen der Studie

Der Index für chemische Gesteinsveränderungen ist kein direktes Thermometer. Er wird nicht nur von der Temperatur beeinflusst, sondern auch von der Niederschlagsmenge, der Erosionsrate, der Wasserbewegung, der ursprünglichen Gesteinszusammensetzung, der Partikelgröße, der Vegetation und den Veränderungen der Mineralien nach der Vergrabung.

Die Autoren haben versucht, einen Teil dieser Verzerrungen zu korrigieren, und den Einfluss der Partikelgröße sowie der Probenahmestellen gesondert überprüft. Dennoch räumen sie erhebliche Unsicherheiten ein, insbesondere für Zeiträume, aus denen weniger geeignete Gesteinsproben erhalten geblieben sind. Das Silur, das Trias und das Jura sind weniger gut vertreten als einige andere Zeitabschnitte.

Daher beendet die neue Arbeit die Debatte über das Klima der Vergangenheit nicht. Sie bietet eine unabhängige Rekonstruktion, die noch mit Isotopendaten, fossilen Organismen und anderen Klimaindikatoren verglichen werden muss.

Warum dies wichtig ist

Die Temperaturgeschichte der Erde hilft dabei, nicht nur die Vergangenheit zu verstehen, sondern auch mögliche Grenzen des zukünftigen Klimas zu erkennen.

Die Studie zeigt, dass der Planet über wirksame Mechanismen zur langfristigen Stabilisierung verfügte. Gleichzeitig erinnert sie an deren größte Einschränkung: Sie sind zu langsam, um die rasanten Kohlendioxidemissionen auszugleichen.

Eine kühlere Vergangenheit macht die heutige Erwärmung nicht weniger gefährlich. Im Gegenteil: Sie könnte bedeuten, dass die Menschheit in der Lage ist, das Klima in Zustände zu treiben, die selbst in der weit zurückreichenden Geschichte des Planeten äußerst selten waren.

Hintergrund

Rekonstruktionen des Klimas der Vergangenheit werden regelmäßig überarbeitet, sobald neue Methoden verfügbar werden. Ein einzelner chemischer Indikator liefert selten eine endgültige Antwort: Jeder von ihnen reagiert nicht nur auf die Temperatur, sondern auch auf andere natürliche Prozesse.

Daher kombinieren Paläoklimatologen mehrere unabhängige Quellen – Isotope, die Zusammensetzung von Sedimentgestein, fossile Organismen, alte Böden und Computermodelle.

Die neue Studie ist gerade deshalb von Bedeutung, weil sie einen Indikator verwendet, der nicht direkt von Sauerstoffisotopen abhängt. Ihre Ergebnisse bestreiten nicht die Existenz sehr warmer Epochen, stellen jedoch die extremste Version der Klimageschichte der frühen Erde in Frage.

Quelle

Dongyu Zheng et al., „Tight regulation of Earth’s long-term temperature over Phanerozoic time“, Nature Communications, 2026.