Dieser Artikel wurde erstmals im August 2014 veröffentlicht und wurde aktualisiert, um neue Forschungsergebnisse aufzunehmen, die seitdem veröffentlicht wurden. Dieser Artikel ist Teil einer zweiteiligen Serie über vergangene Temperaturen, einschließlich, wie warm die Erde war „in letzter Zeit.“Unser 4,54 Milliarden Jahre alter Planet erlebte wahrscheinlich seine heißesten Temperaturen in seinen frühesten Tagen, als er noch mit anderen felsigen Trümmern (Planetesimalen) kollidierte, die sich um das Sonnensystem drehten. Die Hitze dieser Kollisionen hätte die Erde geschmolzen gehalten, mit Temperaturen von 3.600 ° Fahrenheit an der Spitze der Atmosphäre.

Selbst nach diesen ersten sengenden Jahrtausenden war der Planet jedoch oft viel wärmer als jetzt. Eine der wärmsten Zeiten war während der geologischen Periode, die als Neoproterozoikum bekannt ist, vor 600 bis 800 Millionen Jahren. Die Bedingungen waren auch vor 500 Millionen bis 250 Millionen Jahren häufig schwül. Und innerhalb der letzten 100 Millionen Jahre traten zwei große Hitzespitzen auf: das kreidezeitliche heiße Gewächshaus (vor etwa 92 Millionen Jahren) und das Paläozän-Eozän-thermische Maximum (vor etwa 56 Millionen Jahren).

Karikatur von Emily Greenhalgh, NOAA Climate.gov .

Geschichte der Hitze

Temperaturaufzeichnungen von Thermometern und Wetterstationen existieren nur für einen winzigen Teil des 4,54 Milliarden Jahre langen Lebens unseres Planeten. Durch die Untersuchung indirekter Hinweise — der chemischen und strukturellen Signaturen von Gesteinen, Fossilien und Kristallen, Ozeansedimenten, versteinerten Riffen, Baumringen und Eisbohrkernen — können Wissenschaftler jedoch auf vergangene Temperaturen schließen.

Keine dieser Techniken hilft bei der sehr frühen Erde. Während der Zeit, die als Hadean bekannt war (ja, weil es wie Hades war), hätten die Kollisionen der Erde mit anderen großen Planetesimalen in unserem jungen Sonnensystem — einschließlich eines marsgroßen, dessen Aufprall auf die Erde wahrscheinlich den Mond hervorbrachte – das meiste Gestein an der Oberfläche geschmolzen und verdampft. Da kein Gestein auf der Erde vor so langer Zeit überlebt hat, haben Wissenschaftler die frühen Erdbedingungen anhand von Beobachtungen des Mondes und astronomischen Modellen geschätzt. Nach der Kollision, die den Mond hervorbrachte, wurde der Planet auf etwa 2.300 Kelvin (3.680 ° F) geschätzt.

Wie die Kollision, die den Erdmond hervorbrachte, ausgesehen haben könnte. Kollisionen zwischen der Erde und felsigen Trümmern im frühen Sonnensystem hätten die Oberfläche geschmolzen und die Oberflächentemperaturen blasig gehalten. Bild mit freundlicher Genehmigung der NASA.

Selbst nachdem die Kollisionen aufgehört hatten und der Planet zig Millionen Jahre Zeit hatte, sich abzukühlen, lagen die Oberflächentemperaturen wahrscheinlich bei mehr als 400 ° Fahrenheit. Zirkonkristalle aus Australien, nur etwa 150 Millionen Jahre jünger als die Erde selbst, deuten darauf hin, dass sich unser Planet möglicherweise schneller abgekühlt hat, als Wissenschaftler bisher dachten. Dennoch hätte die Erde in ihren Kinderschuhen Temperaturen erlebt, die weit höher waren, als wir Menschen möglicherweise überleben könnten.

Aber nehmen wir an, wir schließen die gewalttätigen und sengenden Jahre aus, als die Erde zum ersten Mal entstand. Wann sonst ist die Erdoberfläche geschmolzen?

Auftauen des Gefrierschranks

Vor 600 bis 800 Millionen Jahren — eine Zeitspanne, die Geologen das Neoproterozoikum nennen — deutet alles darauf hin, dass die Erde eine Eiszeit durchlief, die so kalt war, dass die Eisschilde nicht nur die polaren Breiten bedeckten, sondern sich möglicherweise bis zum Meeresspiegel in der Nähe des Äquators erstreckten. Die Eisschilde reflektierten bei ihrer Ausdehnung immer mehr Sonnenlicht zurück in den Weltraum, kühlten das Klima ab und verstärkten ihr eigenes Wachstum. Offensichtlich blieb die Erde nicht im Gefrierschrank stecken, also wie taute der Planet auf?

Auch wenn die Eisschilde immer mehr von der Erdoberfläche bedeckten, drifteten und kollidierten die tektonischen Platten weiter, so dass auch die vulkanische Aktivität anhielt. Vulkane emittieren das Treibhausgas Kohlendioxid. In unserer heutigen, meist eisfreien Welt verbraucht die natürliche Verwitterung von Silikatgestein durch Niederschläge Kohlendioxid über geologische Zeitskalen. Während der kalten Bedingungen des Neoproterozoikums wurden Niederschläge selten. Mit Vulkanen, die Kohlendioxid und wenig oder gar keinen Niederschlag ausstoßen, um Felsen zu verwittern und das Treibhausgas zu verbrauchen, stiegen die Temperaturen.

Welche Beweise haben Wissenschaftler dafür, dass all dies tatsächlich vor etwa 700 Millionen Jahren geschah? Einige der besten Beweise sind „Cap Carbonate“, die direkt über neoproterozoischen Gletscherablagerungen liegen. Cap-Carbonate – Schichten aus kalziumreichem Gestein wie Kalkstein – bilden sich nur in warmem Wasser.

Felsformation in Namibia, die eine Gesteinsart zeigt, die sich nur in warmem Wasser bildet (Cap dolostone), die direkt über einer Art wirrem Sedimentgestein liegt, das vor 635 Millionen Jahren datiert wurde und häufig am Rand von Gletschern zu finden ist (Diamiktit). Bild von Lehrfolien verfügbar unter SnowballEarth.org .

Die Tatsache, dass diese dicken, kalziumreichen Gesteinsschichten direkt auf Gesteinsablagerungen saßen, die von sich zurückziehenden Gletschern zurückgelassen wurden, deutet darauf hin, dass die Temperaturen gegen Ende des Neoproterozoikums signifikant anstiegen und möglicherweise einen globalen Durchschnitt von mehr als 90 ° Fahrenheit erreichten. (Der heutige globale Durchschnitt liegt unter 60 ° F.)

Die tropische Arktis

Ein Projekt der Smithsonian Institution hat versucht, die Temperaturen für das Phanerozoikum oder etwa die letzten halben Milliarde Jahre zu rekonstruieren. Vorläufige Ergebnisse, die 2019 veröffentlicht wurden, zeigten, dass warme Temperaturen die meiste Zeit dominierten, wobei die globalen Temperaturen wiederholt über 80 ° F und sogar 90 ° F stiegen — viel zu warm für Eisschilde oder mehrjähriges Meereis. Vor etwa 250 Millionen Jahren, um den Äquator des Superkontinents Pangaea, war es sogar zu heiß für Torfsümpfe!

Geologen und Paläontologen haben herausgefunden, dass die globalen Temperaturen in den letzten 100 Millionen Jahren zweimal ihren Höhepunkt erreicht haben. Eine Spitze war das kreidezeitliche Heiße Gewächshaus vor etwa 92 Millionen Jahren, etwa 25 Millionen Jahre bevor die letzten Dinosaurier der Erde ausstarben. Die weit verbreitete vulkanische Aktivität könnte das atmosphärische Kohlendioxid verstärkt haben. Die Temperaturen waren so hoch, dass Champsosaurier (krokodilähnliche Reptilien) bis in den Norden der kanadischen Arktis lebten und Wälder mit warmen Temperaturen in der Nähe des Südpols blühten.Eine weitere Treibhausperiode war das Paläozän-eozäne thermische Maximum (PETM) vor etwa 55-56 Millionen Jahren. Obwohl nicht ganz so heiß wie das Treibhaus der Kreidezeit, brachte das PETM schnell steigende Temperaturen. Während eines Großteils des Paläozäns und frühen Eozäns waren die Pole frei von Eiskappen, und Palmen und Krokodile lebten über dem Polarkreis.

Um die Zeit des Paläozän-Eozän thermischen Maximums hatte ein Großteil der kontinentalen Vereinigten Staaten eine subtropische Umgebung. Diese fossile Palme stammt vom Fossil Butte National Monument, Wyoming. Bild mit freundlicher Genehmigung des US National Park Service.

Während des PETM scheint die globale Durchschnittstemperatur um bis zu 5-8 ° C (9-14 ° F) auf eine Durchschnittstemperatur von bis zu 73 ° F angestiegen zu sein (Auch hier liegt der heutige globale Durchschnitt unter 60 ° F.) Etwa zur gleichen Zeit verzeichnen Paläoklimadaten wie versteinertes Phytoplankton und Ozeansedimente eine massive Freisetzung von Kohlendioxid in die Atmosphäre, die die Hintergrundkonzentrationen mindestens verdoppelt oder möglicherweise sogar vervierfacht.

Die Tiefseetemperaturen waren im Paläozän und Eozän allgemein hoch, mit einem besonders warmen Anstieg an der Grenze zwischen den beiden geologischen Epochen vor etwa 56 Millionen Jahren. Temperaturen in der fernen Vergangenheit werden aus Proxies (Sauerstoffisotopenverhältnissen fossiler Foraminiferen) abgeleitet. Die Berechnung der Temperaturen vor 35 Millionen Jahren (rot) geht von einem eisfreien Ozean aus und gilt nicht für neuere Bedingungen (grau). „Q“ steht für Quarternary. Grafik von Hunter Allen und Michon Scott, mit Daten aus dem NOAA National Climatic Data Center, mit freundlicher Genehmigung von Carrie Morrill.

Es ist immer noch ungewiss, woher das gesamte Kohlendioxid kam und wie die genaue Abfolge der Ereignisse war. Wissenschaftler haben das Austrocknen großer Binnenmeere, vulkanische Aktivität, Auftauen von Permafrost, Freisetzung von Methan aus wärmenden Ozeansedimenten, riesige Waldbrände und sogar — kurz — einen Kometen in Betracht gezogen.

Wie nichts, was wir je gesehen haben

Die heißesten Perioden der Erde — das Hadean, das späte Neoproterozoikum, das kreidezeitliche Heiße Gewächshaus, das PETM — traten auf, bevor es Menschen gab. Diese alten Klimazonen wären wie nichts gewesen, was unsere Spezies jemals gesehen hätte.Die moderne menschliche Zivilisation mit ihrer permanenten Landwirtschaft und ihren Siedlungen hat sich in den letzten 10.000 Jahren entwickelt. Der Zeitraum war im Allgemeinen von niedrigen Temperaturen und relativer globaler (wenn nicht regionaler) Klimastabilität geprägt. Verglichen mit dem größten Teil der Erdgeschichte ist es heute ungewöhnlich kalt; Wir leben jetzt in einer Zeit, die Geologen als Interglazial bezeichnen — eine Zeit zwischen den Vereisungen einer Eiszeit. Aber da Treibhausgasemissionen das Klima der Erde erwärmen, ist es möglich, dass unser Planet seine letzte Vereisung für eine lange Zeit gesehen hat.In:British Geological Survey. Greenhouse Earth – die Geschichte des alten Klimawandels. Zugriff am 13.Juni 2020.

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