Ozeansalz machte die Erde lebensfreundlich – Der erhöhte Salzgehalt der Ozeane könnte das frühe Klima erwärmt und stabilisiert haben

Die Ozeane der Erde waren in mehrfacher Hinsicht Träger des Lebens: Nur ihr erhöhter Salzgehalt konnte den Kohlendioxidgehalt und das frühe Erdklima in den bewohnbaren Bereich bringen, deuten Simulationen an. Entsprechend nahm das salzhaltigere Wasser weniger Kohlendioxid auf und gefror später, was wiederum zu einem wärmeren Klima führte und die damals deutlich schwächere Einstrahlung der jungen Sonne kompensierte, berichten die Forscher.

Tatsächlich muss die Erde in ihren Anfängen ziemlich kalt und unbewohnbar gewesen sein. Die junge Sonne hat vor etwa vier Milliarden Jahren etwa 20 bis 25 Prozent weniger Licht und Wärme abgestrahlt. Die junge Erde muss also zu kalt für flüssiges Wasser und Leben sein. Stattdessen war ihr Klima gemäßigt und die Meere bedecken der ganze Planet.

Löst der Ozean das Paradox der schwachen Sonne auf?

Wie war das möglich? Dieses Paradoxon, auch bekannt als Paradoxon der schwachen jungen Sonne, wurde nicht eindeutig nachgewiesen. Obwohl einige Hypothesen davon ausgehen, dass die Konzentration erhöht wird Treibhausgase Wie Methan oder Kohlendioxid in der Uratmosphäre die fehlende Strahlung kompensieren könnten, ist noch nicht eindeutig nachgewiesen.

Stephanie Olson von der Purdue University in Indiana und ihre Kollegen haben möglicherweise eine andere Erklärung für dieses Paradoxon gefunden. Sie untersuchten, ob und wie sich der Salzgehalt der Ozeane auf das Erdklima auswirkt. Es ist bereits bekannt, dass der erhöhte Gehalt an gelösten Salzen die Aufnahme von Gasen im Wasser verhindert – ein salzigerer Ozean nimmt weniger Kohlendioxid oder Methan auf und erhöht dementsprechend deren Gehalt in der Luft. „Außerdem senkt ein höherer Salzgehalt den Gefrierpunkt des Wassers und verhindert so die Bildung von Meereis“, erklären die Forscher.

Urerde in drei Variablen

Aber bisher ist nicht klar, wie salzig die Urmeere sind. „Aber wir haben allen Grund zu der Annahme, dass sich der Salzgehalt der Ozeane im Laufe der Erdgeschichte verändert hat“, schrieb das Team. Andererseits können Verdunstung, Hydrothermalquellen sowie Verwitterung und andere geochemische Prozesse den Salzgehalt des Meerwassers verändern. Andererseits bleiben gelöste Natrium- und Chlorid-Ionen durchschnittlich 80 bis 98 Millionen Jahre im Meerwasser und müssen daher durch diese Prozesse immer wieder neu zugeführt werden.

Für ihre Studie rekonstruierten Olson und ihre Kollegen in einem Ozean-Atmosphäre-gekoppelten Modell drei verschiedene Arten von Urerden, die noch weitgehend von Wasser bedeckt waren. 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 die Atmosphäre wurde von Kohlendioxid und Methan dominiert.

Meereisbedeckung der frühen Erde bei unterschiedlichen Werten des atmosphärischen Kohlendioxids und des Salzgehalts der Urmeere. © Olson et al. / Geophysical Research Letters, CC-by-nc-nd 4.0.0 Update

Mehr Wärme, weniger Schnee

Das Ergebnis: Schon ein etwas höherer Salzgehalt im Urmeer hätte sich positiv auf die Klimaentwicklung der frühen Erde auswirken können. „Der erhöhte Salzgehalt der Ozeane führte zu einem Temperaturanstieg, insbesondere in hohen Breiten, und zu einer Abnahme der Meereisbedeckung“, sagt das Team. Im Szenario mit dem höchsten Salzgehalt lagen die globalen Temperaturen etwa ein Grad höher, im hohen Norden bis zu etwa einem Dutzend Grad höher als im salzärmeren Urmeer. Die Meereisfläche war etwa 71 Prozent kleiner.

Bei gleichem Kohlendioxidgehalt und gleicher Sonneneinstrahlung wäre die frühe Erde bei einem Salzgehalt der Ozeane von heute 3,5 Prozent fast vollständig gefroren und würde nur noch einen Streifen offenen Wassers am Äquator beherbergen. „Aber wenn Sie den Salzgehalt auf fünf Prozent erhöhen, ergibt das Modell ein warmes Klima mit Oberflächentemperaturen von 20 Grad und nur saisonalem Eis an den Polen“, sagen Olson und ihr Team.

Darüber hinaus senkt ein salzigerer Ozean die Kohlendioxidschwelle, bei der der Planet für eine globale Eiszeit in einen „Schneeball“-Zustand fällt. „Die Schwelle, an der die Erde plötzlich zwischen verschiedenen Klimazuständen kippt, hängt vom Salzgehalt ab“, sagen die Wissenschaftler.

„Erdsalz“ als Hauptbestandteil

Dem Forscherteam zufolge könnte der Urozean beim frühen Klima der Erde eine wichtigere Rolle gespielt haben als bisher angenommen. „Unsere Ergebnisse werfen die aufregende Möglichkeit auf, dass der ursprüngliche Salzozean die schwache Leuchtkraft der jungen Sonne zumindest teilweise kompensiert haben könnte“, schreiben Olson und Kollegen. „Dann wäre Salz ein wesentlicher Bestandteil für die Existenzfähigkeit des Lebens auf der frühen Erde.“

Ob der Urozean tatsächlich salziger war als die heutigen Meere, bleibt unklar. Die große Häufigkeit primitiver Salzvorkommen macht dies laut den Forschern sehr wahrscheinlich. Einigen Studien zufolge könnte das damit verbundene Salz ausreichen, um den Salzgehalt der präkambrischen Meere auf etwa fünf Prozent zu erhöhen. Erst im Laufe der weiteren Erdgeschichte ging der Salzgehalt der Ozeane durch geochemische Prozesse allmählich auf das heutige Niveau zurück. (Geophysical Research Letters, 2022; doi: 10.1029/2021GL095748)

Quelle: Geophysikalische Forschungsbriefe

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