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Die sogenannte Gaskiers-Eiszeit gilt als eine der mächtigsten Vereisungen der Erdgeschichte und hatte maßgeblichen Einfluss auf die weitere Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten: Sie führte vor rund 580 Millionen Jahren zum verbreiteten Aussterben der ersten vielzelligen tierischen Lebewesen. Nach dem Ende der rund zwei Millionen Jahren andauernden Eiszeit kam es zu einem deutlichen Anstieg des Sauerstoffspiegels in den Meeren, was wiederum die Entwicklung komplexer Lebewesen ankurbelte.

Ausgelöst wurde die Gaskiers-Vereisung von einem vulkanischen Großereignis. Überreste einer solchen durch ausgedehnte Lavaströme entstandenen magmatischen Großprovinz haben Forscher der Universität Heidelberg nun zusammen mit mexikanischen Kollegen entdeckt: Sie erstreckte sich damals über drei Kontinente, die heute die Erdkruste von Teilen Mexikos, Nordamerikas und Nordeuropas bilden. Die Basalteruptionen müssen sich mindestens über ein Gebiet von 1000 Kilometern im Durchmesser ausgedehnt haben, wie die Wissenschafter in den "Geophysical Research Letters" berichten.

Gestörtes Gleichgewicht

Vulkanismus setzt das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid in die Atmosphäre frei. Durch Verwitterung silikatischer Gesteine an der Erdoberfläche wird CO2 wiederum der Atmosphäre entzogen und in Karbonatgesteinen gespeichert. "Das garantiert langfristig ein gemäßigtes Klima auf der Erde, im Gegensatz zu den lebensfeindlichen Bedingungen ihrer kosmischen Nachbarn, der heißen Venus und dem kalten Mars", sagt Axel Schmitt vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg.

Allerdings kam es im Laufe der Erdgeschichte immer wieder zu Störungen dieses Gleichgewichts. "Gegen Ende des Proterozoikums ereigneten sich drei weltumspannende Vereisungen. Dabei muss die Erde vom Weltraum aus eher wie ein Schneeball ausgesehen haben", so Schmitt. Diese extremen Vereisungsphasen werden auf vulkanische Extremereignisse zurückgeführt, bei denen sogenannte magmatische Großprovinzen entstehen. Beim Auseinanderbrechen kontinentaler Landmassen bildet sich ein vulkanisches "Riesenfeuerwerk" mit einem so hohen CO2-Ausstoß, dass dies kurzfristig zu einer Erderwärmung führen kann.

Kippendes Klima

Anschließend setzt jedoch die Verwitterung der gebildeten Laven ein. "Der Verwitterungsprozess ist besonders intensiv, wenn er in tropischen Breiten stattfindet. In Zeiträumen von mehreren Millionen bis zu mehreren zehn Millionen Jahren können dann die verwitterten Gesteine so viel Kohlenstoffdioxid binden, dass das Erdklima in eine extreme Kaltzeit kippt", sagt Schmitt. Gemeinsam mit Kollegen des Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) untersuchte er für die aktuelle Studie basaltische Ganggesteine aus dem Novillo Gneis im mexikanischen Bundesstaat Tamaulipas.

Dabei handelt es sich um "Wurzeln" bereits abgetragener Lava-Ergüsse. Die Forscher konnten zeigen, dass die mexikanischen Gesteine hinsichtlich ihrer Spurenelement- und Isotopenzusammensetzungen identisch sind mit bereits datierten Gesteinen aus Kanada und Norwegen. Außerdem gelang es, mikroskopisch kleine Mineralkörner von Baddeleyit in den mexikanischen Proben nachzuweisen.

Das Mineral Baddeleyit entsteht ausschließlich in Magma und gibt daher zuverlässig Aufschluss über das Alter des Vulkanismus. Mithilfe einer räumlich hochauflösenden Ionensonde konnten die Forscher das seltene Mineral auf ein Alter von 619 Millionen Jahren datieren – das entspricht genau dem Zeitpunkt der magmatischen Bildung der in Kanada und Norwegen gefundenen Gesteine. Die Forscher gehen davon aus, dass die langfristigen Klimaeffekte dieser großen magmatischen Provinz etwa 40 Millionen Jahre später zur Gaskiers-Vereisung führten. (red, 26.2.2019)