(4) Ereignisse im Präkambrium

Klima- und UmweltveränderungenKlima 64

Zeit im FlussKlima 65

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

ZeitskalaKlima 66

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

Erdgeschichte

Eine ganz kurze Geschichte der Erde (A. Vallee).

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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.

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Alte SedimenteKlima 69

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).

Stromatolithen

Rezente Stromatolithen in der Sharkbay (Westaustralien)

Fossiler Stromatolith

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.

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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).

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Stromatolithen

Schnitt durch einen fossilen Stromatolithen (Denver Museum of Nature & Science, Bild UF).

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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).

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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.

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Blauer Planet?

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.

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Ein Regelkreis

Wenn man noch den CO2 Verlust durch verstärkte Verwitterung einbezieht, wird es langsam komplex. Darstellung wieder nach James F. Kasting.

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Oberflächen-temperatur

CH4

Produktion

OrganischerDunst

CH4/CO2

Verhältnis in der Atmosphäre

CO2 Verlust(Verwitterung)

(–)

(–)

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.

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Gletscherspuren

Gletscherspuren (links) Gletscher-schliff und Gletscherschrammen, in der St. John‘s Bay, Neufundland (oben), Quelle: Lamb & Sington.

Klima 78

RotsedimenteKlima 79

Rotsedimente - Quelle: UF.

Das Oklo-Phänomen

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).

Klima 80

Das Oklo-Phänomen

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.).

Klima 81

Die Erde vor 650 Millionen Jahren

(Vorsichtige) Rekonstruktion der Verteilung der Kontinente am Ende des Präkambriums, heutige Umrisse zur Übersicht (Quelle: C.R. Scotese).

Klima 82

Weltweite Vereisung

Schneeball Erde während der Varanger Vereisung (Quelle: GEO).

Klima 83

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.

Klima 84

Karbonat–Silikat–ZyklusKlima 85

(−)

Oberflächen-temperatur

Regen

Silikat-verwitterung

CO2 in der Atmosphäre

Treibhaus-effekt

Der Karbonat–Silikat–Zyklus als Negative Rückkoppelung

Weltweite Vereisung

Spuren in Namibia – Klippen an der Skelettküste

Bändereisenerze aus Kanada mit eingelagertemDropstone. Alle Bilder (c)Paul F. Hoffman.

Schutt von schmelzenden Eisbergen – Dropstonesund Karbonatsedimente unmittelbar darüber

Karbonatsedimente

Gletscherschutt

Klima 86

Ediacara Fauna

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

Klima 87

TreibhausgaseKlima 88

Bildquelle: Spektrum derWissenschaft, J.F. Kasting.