NASA: Die Eiszeiten der Erde könnten durch den Durchgang der Sonne durch interstellare Wolken ausgelöst worden sein

Forscher der NASA haben eine kosmische Erklärung für zwei zentrale Rätsel der Klimahistorie des Planeten vorgeschlagen: die Ursachen der Eiszeiten und das Vorhandensein flüssigen Wassers auf der frühen Erde. Die erste Arbeit, durchgeführt am NASA-Forschungszentrum SHIELD und im Fachjournal Annual Review of Astronomy and Astrophysics veröffentlicht, verbindet die Vergletscherungen mit dem Durchgang des Sonnensystems durch dichte interstellare Wolken. Die zweite, erstellt von Wissenschaftlern des NASA Goddard Space Flight Center, erklärt, wie auf der Erde Ozeane bestehen bleiben konnten, als die junge Sonne deutlich schwächer leuchtete als heute. Beide Studien stützen sich auf Computersimulationen und Laborversuche, nicht auf direkte Beobachtungen.

Die Heliosphäre als lebendiger Schutzschild

Das gesamte Sonnensystem ist in die Heliosphäre eingebettet – eine riesige Schutzzone, die vom Sonnenwind aus geladenen Teilchen geformt wird. Sie schirmt die Planeten vor einem Teil der kosmischen Strahlung und des interstellaren Materials ab. Die Spezialisten des Zentrums SHIELD haben die Bahn des Sonnensystems über die letzten Millionen Jahre nachvollzogen und gezeigt, dass das System in seiner 4,6-Milliarden-Jahre alten Geschichte wiederholt verschiedene Regionen der Galaxie durchquert hat; die Bedingungen, unter denen sich die Erde befand, waren daher keineswegs konstant.

Drei Durchgänge durch kalte Wolken

Laut Computersimulationen ist die Sonne in den letzten Millionen Jahren mindestens dreimal durch kalte, dichte Ansammlungen interstellarer Gase und Staubes hindurchgegangen. Der Druck dieser Wolken war so stark, dass der Schutzschild – die Heliosphäre – auf eine Größe kleiner als die Erdumlaufbahn zusammengedrückt wurde. In solchen Momenten, so schätzen die Wissenschaftler, war die Erde vor etwa 2–3, 6–7 und 13–14 Millionen Jahren unmittelbar der kosmischen Umgebung ausgesetzt und beraubt ihres bisherigen Schutzniveaus.

Geologische Spuren und Kühlungsmechanismus

Für dieses Bild sprechen geologische Daten: In Proben von Meeresbodenablagerungen, antarktischem Schnee und Mondboden haben die Forscher Elemente entdeckt, die charakteristisch für interstellaren Staub der entsprechenden Zeiträume sind. Das Eindringen von Wasserstoff aus den kalten Wolken in die Atmosphäre erhöhte laut Modell der Forscher die Menge an Wasserdampf und veränderte die Dynamik der oberen Atmosphärenschichten. Dies führte seinerseits zu einer starken Abkühlung der Oberfläche und konnte Eiszeiten auslösen. Die Autoren betonen, dass es sich um ein probabilistisches Modell und nicht um den einzig möglichen Szenario handelt.

Das Rätsel des flüssigen Wassers vor 3 Milliarden Jahren

Eine separate Gruppe des NASA Goddard Space Flight Center befasste sich mit einem anderen Rätsel: Wie konnte auf der Erde vor etwa 3 Milliarden Jahren flüssiges Wasser existieren, wenn die Sonne damals rund 30 Prozent schwächer leuchtete als heute? Den Hinweis gaben Beobachtungen des Kepler-Teleskops junger Sterne, die der frühen Sonne ähnelten. Es stellte sich heraus, dass die junge Sonne täglich mächtige Ströme hochenergetischer Teilchen aussandte – Superflares, die die uralte Atmosphäre bombardierten.

Lachgas als uraltes Treibhausgas

Bei der Laborsimulation der uralten Atmosphäre – einer Mischung aus Stickstoff, Ammoniak, Kohlendioxid und Kohlenmonoxid – und ihrer Bestrahlung mit Protonen entstand Lachgas. Dies ist ein Treibhausgas, das 300-mal wirksamer ist als Kohlendioxid. Die Wissenschaftler merken an, dass selbst wenn der ultraviolette Strahlungsanteil den Großteil der Verbindung zerstörte, die verbliebenen 10 Prozent Lachgas ausreichten, um die äquatorialen Regionen auf plus 5 Grad Celsius zu erwärmen. Nach ihren Berechnungen war dies ausreichend für das Bestehen eines flüssigen Ozeans und die schnelle Synthese von Aminosäuren, die zur Grundlage des Lebens wurden.

Was das für das Verständnis des Klimas bedeutet

Gemeinsam erweitern beide Studien das Bild der Klimahistorie der Erde: Externe kosmische Faktoren – von der Kompression der Heliosphäre bis zur Aktivität der jungen Sonne – konnten neben den internen geologischen und atmosphärischen Prozessen eine bemerkenswerte Rolle spielen. Die Autoren beider Arbeiten betonen dabei den modellhaften Charakter der Schlussfolgerungen: Die Mechanismen wurden auf Basis von Simulationen und Laborversuchen rekonstruiert, nicht durch direkte Messungen, daher bleiben Details und Zeiträume Gegenstand weiterer Prüfungen.