Wie konnte es auf der jungen Erde flüssiges Wasser geben, wenn die Sonne damals bis zu 30 Prozent schwächer strahlte als heute? Dieses sogenannte Paradoxon der jungen schwachen Sonne beschäftigt Wissenschaftler seit Jahrzehnten. Schon früher wurden Treibhausgase als Erklärung vorgeschlagen, doch bisherige Modellrechnungen blieben widersprüchlich. Eine ungeklärte Frage betraf zum Beispiel die Temperatur der Ozeane. Berechnungen der damaligen Wassertemperatur beruhen auf dem Verhältnis verschiedener Sauerstoffisotope in sehr altem Kalk- und Kieselgestein. Das schwere Sauerstoff-18-Isotop deutet auf höhere Wassertemperaturen hin als das leichtere Sauerstoff-16-Isotop. Klassischen Berechnungen zufolge müssten die Ozeane vor drei bis vier Milliarden Jahren demnach rund 70 Grad Celsius warm gewesen sein.
Neues Modell zum Klima der jungen Erde
Ein Team um Daniel Herwartz von der Universität zu Köln kommt nun anhand eines neuen Modells zu anderen Ergebnissen. Demnach wäre es plausibel, dass sich die Isotopenzusammensetzung des Meerwassers so verändert hat, dass bisherige Berechnungen, die darauf basieren, verfälscht sind. Eine solche Veränderung galt bislang als unwahrscheinlich. Wenn die damalige Atmosphäre aber extrem viel CO2 enthielt, das nach und nach in Form von Kalk auf der Erde gespeichert wurde, wäre bei diesem Prozess insbesondere das schwere Sauerstoff-18-Isotop mit ins Gestein gebunden worden, so die Autoren.
„Hohe CO2-Gehalte würden somit gleichzeitig zwei Phänomene erklären: zum einen das warme Klima auf der Erde und zum anderen, warum die oft herangezogenen Geothermometer scheinbar heißes Meerwasser anzeigen. Berücksichtigt man das andere Sauerstoff-Verhältnis des Meerwassers, ergibt sich eher eine Temperatur von 40°C”, erläutert Herwartz. Die hohen Temperaturen auf der Erde seien zwar theoretisch auch durch andere Treibhausgase wie Methan zu erklären. Diese hätten allerdings keinen Einfluss auf die Sauerstoffisotope im Meerwasser gehabt. Ein Treibhauseffekt durch andere Gase würde also nicht erklären, warum das Sauerstoff-Geothermometer zu hohe Temperaturen liefert. „Beide Phänomene lassen sich also nur mit sehr viel CO2 erklären“, so Herwartz.
Extrem viel CO2 in der Atmosphäre
Anhand ihres Modells haben die Autoren auch die Gesamtmenge an CO2 in der damaligen Atmosphäre abgeschätzt. Demnach betrug der CO2-Gasdruck in der Atmosphäre der jungen Erde ungefähr ein bar – so viel, als bestünde unsere gesamte heutige Atmosphäre aus CO2. „Heute ist CO2 nur ein Spurengas in der Atmosphäre. Verglichen damit klingt ein bar CO2 nach absurd viel. Wenn wir aber unseren Schwesterplanet Venus mit etwa 90 bar CO2 anschauen, relativiert sich das”, erklärt Co-Autor Andreas Pack von der Universität Göttingen.
