Tropische tektonische Kollisionen können alte Eiszeiten ausgelöst haben

Massive tektonische Kollisionen in den Tropen könnten die letzten drei großen Eiszeiten der Erde verursacht haben.

Vor jeder dieser Eiszeiten bildeten neue Forschungsergebnisse, Kollisionen zwischen Kontinenten und Inselbögen lange Gebirgsketten in den tropischen Breiten. Diese Berge könnten die Voraussetzungen für ein kühles Klima geschaffen haben: Als sie in die Meere erodierten, hätten sie die Chemie des Ozeans so verändert, dass er mehr Kohlenstoff aus der Atmosphäre hätte absorbieren können. Da atmosphärischer Kohlenstoff Wärme einfängt, führt weniger Kohlenstoff am Himmel zu kälteren Temperaturen, wodurch sich Eisschilde und Gletscher bilden können.

"Dies könnte einen einfachen tektonischen Prozess liefern, der erklärt, wie die Erde in Gletscherperioden ein- und ausgeht", sagte Oliver Jagoutz, Co-Autor der Studie, Professor für Geologie am Massachusetts Institute of Technology. [Die 8 größten Geheimnisse der Erde]

Eine kurze Geschichte des Eises

Während des Phanerozoikums, das sich über die letzten 540 Millionen Jahre erstreckt, war die Erde 75 Prozent der Zeit selbst am Nord- und Südpol eisfrei. Der Planet hat aber auch drei Eiszeiten oder Eiszeiten erlebt, in denen zumindest einige permanente Eisplatten existierten. Der erste war in der späten ordovizischen Zeit vor 455 bis 440 Millionen Jahren, als sich die ersten Kieferfische weiterentwickelten. Die zweite war im Permokarbon vor 335 bis 280 Millionen Jahren, dem Alter von Amphibien und seltsamen säugetierähnlichen Reptilien wie dem Dimetrodon. Die letzte Eiszeit dauert an. Es begann vor etwa 35 Millionen Jahren, als sich die heutigen Eisschilde der Antarktis zum ersten Mal bildeten.

Kleinere Fortschritte in der Eiszeit, wie die Eiszeit, die vor etwa 11.700 Jahren endete, sind nicht Gegenstand dieser Studie. Kurze Fortschritte und Rückzüge der Gletscher sind aufgrund von Schwankungen in der Erdumlaufbahn aufgetreten, die die Wärme der Sonne neu verteilen, sagte Jagoutz. Die verwirrende Frage ist, warum die Erde Eisperioden hat.

"Es scheint, dass der Klimazustand, in dem sich die Erde gerne befindet, heißer ist als heute, und diese Vereisungsperioden sind ungewöhnlich", sagte Jagoutz. "Und wenn sie ungewöhnlich sind, muss etwas Bestimmtes passieren."

Kollision und Erosion

Jagoutz und seine Kollegen glauben, dass "etwas Bestimmtes" die Bildung von Gebirgsketten in den Tropen ist.

Auf den ersten Blick mag es seltsam erscheinen, dass tropische Berge eine Eiszeit erzeugen könnten. Aber die Atmosphäre, die Ozeane und das Land sind alle miteinander verbunden. Die kontinentale Kruste ist reich an Silikatmineralien. Wenn diese silikatschweren Gesteine ​​erodieren und sich in den Ozeanen auflösen, wird das Meerwasser alkalischer oder basischer. Kohlendioxid aus der Atmosphäre löst sich leicht in diesem alkalischen Meerwasser. Je alkalischer es ist, desto mehr Kohlenstoff kann der Ozean aufnehmen.

Gegenwärtig übertrifft der Einsatz fossiler Brennstoffe durch den Menschen die Fähigkeit des Ozeans, an Kohlenstoff festzuhalten. In den letzten 200 Jahren ist Meerwasser 30 Prozent saurer geworden. Vor Millionen von Jahren haben große Ereignisse beim Bergbau möglicherweise genau das Gegenteil bewirkt und den Ozean alkalischer gemacht. Insbesondere tropische Berge hätten die Arbeit effizient erledigt. Die Tropen sind feucht, so dass die Erosion schnell erfolgt und die von der tropischen Tektonik hochgeschobenen Gesteine ​​reich an leicht löslichem Magnesium und Kalzium sind.

Die Idee, dass tropische Erosion das Klima beeinflusst haben könnte, war nicht neu, aber Jagoutz und sein Team waren die ersten, die eine Datenbank aller geologischen Aufzeichnungen dieser großen tektonischen Kollisionen sammelten und sie mit der Einleitung von Eiszeiten verglichen. Sie fanden heraus, dass über dem Phanerozoikum die Länge der aktiven Kollisionsbereiche zwischen ozeanischen und kontinentalen Platten - sogenannte "Nähte" - zwischen null und 30.000 Kilometern lag. Jeder der großen Eiszeiten ging ein Höhepunkt in der Länge dieser aktiven Kollisionen in den Tropen voraus, als die Nähte zwischen 6.214 Meilen und 18.640 Meilen (10.000 und 30.000 km) lang waren.

"Jedes Mal, wenn Sie eine Eiszeit hatten, hatten Sie eine größere Nahtzonenlänge in den Tropen", sagte Jagoutz.

Geologische Zeit

Die geologischen Spuren, die diese alten Kollisionen hinterlassen, werden Ophiolithen genannt, ozeanische Vulkangesteine, die auf die kontinentale Kruste geschoben werden. Die Forscher sahen keines dieser Ophiolith-Extreme in Zeiten, in denen die Erde nicht eisig war. Und es waren Ophiolithen in den Tropen oder Regionen mit weniger als 20 Grad Breite, die für die Kühlung des Planeten von Bedeutung zu sein schienen.

Es gibt andere Theorien, warum die Erde Eisperioden hat, sagte Jagoutz, nämlich dass die vulkanische Aktivität variiert und mehr oder weniger Kohlenstoff in die Atmosphäre pumpt. Aber die Daten zur Geschichte des Vulkanismus stimmen nicht immer mit den Eiszeiten überein, sagte er, und die Vulkantheorie bietet keine gute Erklärung dafür, warum Eiszeiten sowohl aufhören als auch beginnen sollten. Die tektonische Erklärung leistet gute Arbeit: Sobald die kalzium- und magnesiumreichen Gebirgsketten entweder vollständig erodieren oder sich durch Kontinentalverschiebung aus den Tropen entfernen, schwindet ihre Wirkung auf das Klima und die Erde kehrt in ihren typischen, milden Zustand zurück.

Jagoutz und seine Kollegen haben ein Stipendium der National Science Foundation beantragt, um ihre Theorie weiter zu untersuchen. Ob richtig oder falsch, tropische Berge werden die Menschheit nicht so schnell vor dem vom Menschen verursachten Klimawandel retten. Dieser Bergbauprozess findet über Millionen von Jahren statt, sagte Jagoutz, und hat wenig mit den Variationen zu tun, die bestimmen, ob beispielsweise Miami bewohnbar ist oder von steigenden Meeren überschwemmt wird. Einige Forscher haben jedoch über Geoengineering-Programme nachgedacht, die kalzium- oder magnesiumreiche Gesteine ​​zermahlen und in den tropischen Ozeanen verbreiten, sagte er, oder Kohlendioxid in ähnliche Gesteine ​​injizieren würden.

"Die Menschen wollen diesen natürlich vorkommenden Prozess nutzen, um beim vom Menschen verursachten Klimawandel zu helfen, [aber [es gibt viele Probleme mit seinem, wie können Sie diesen Prozess auf einer für den Menschen relevanten Zeitskala in Gang bringen?" Sagte Jagoutz. "Das ist sehr schwierig."

Die Forschung erscheint heute (14. März) in der Zeitschrift Science.

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