Schneeball-Erde: Hat Salz vor 700 Millionen Jahren die Erde noch kälter gemacht – und zu ihrer Vereisung geführt?

Während der sogenannten Snowball-Earth-Phasen soll sich Eis über große Teile der Erde, womöglich sogar über den gesamten Planeten, ausgebreitet haben. Die Vereisung wurde bisher vor allem mit der Eis-Albedo-Rückkopplung begründet: Helles Eis reflektiert mehr Sonnenlicht als dunkles Meerwasser. Dadurch sinken die Temperaturen und weiteres Eis entsteht.

Nun haben Aksel Samuelsberg und seine Kollegen von der norwegischen Universität Tromsø einen zusätzlichen Vorgang untersucht. Ihre Berechnungen legen nahe, dass sich auf extrem kaltem Meereis Salzkristalle ablagern können – die dann die Oberfläche weiter aufhellen und dadurch die Abkühlung verstärken.

Wie Salz das Eis aufhellt

Das Ganze beginnt beim Gefrieren von Meerwasser: Das Wasser kristallisiert, derweilen die gelösten Salze in der verbleibenden Flüssigkeit konzentriert werden. Bei ausreichend niedrigen Temperaturen können daraus Salzkristalle entstehen. Wenn die oberste Eisschicht anschließend durch Sublimation direkt in Wasserdampf übergeht, bleibt das Salz zurück und kann sich an der Oberfläche anreichern.

Ausschlaggebend ist nun die hohe Reflexionsfähigkeit solcher Ablagerungen. Frühere Laborexperimente ergaben für Salzkrusten auf sehr kaltem Meereis eine Reflexion von etwa 93 Prozent des einfallenden Sonnenlichts. Frischer Schnee kommt auf rund 83 Prozent, blankes, schmelzendes Meereis dagegen auf etwa 67 Prozent.

Die Forschenden bezeichnen den Vorgang als Salz-Albedo-Rückkopplung. Je kälter es wird, desto mehr Salz kann auskristallisieren. Die Oberfläche wird heller, absorbiert weniger Strahlung und kühlt weiter aus. Die Studie, die in Climate of the Past veröffentlicht wurde, hat deshalb unterschiedliche stabile Klimazustände untersucht.

Ein kälterer Endzustand

Dafür berücksichtigten die Wissenschaftler unter anderem tropische Bereiche mit freiliegendem Meereis, in denen Verdunstung stärker als Schneefall sein könnte. Atmosphärische Zirkulation könnte Wasserdampf abtransportieren. Sublimiert das Eis, könnten Salzreste zurückbleiben und größere Ablagerungen bilden.

Als Ergebnis entstanden so zwei stabile Zustände einer Schneeball-Erde – einer mit Salzablagerungen und einer ohne. Der salzbedeckte Zustand war deutlich kälter. Ein Übergang von einem eisfreien, warmen Klima führte unter den angenommenen Bedingungen meist direkt in diesen kälteren Zustand.

Bemerkenswert war auch, dass die Rückkopplung bereits oberhalb von etwa minus 36 Grad Celsius einsetzen könnte. Einige Salze beginnen den Berechnungen zufolge schon bei ungefähr minus 8 Grad zu kristallisieren, andere bei rund minus 23 Grad. Damit könnte das Auskristallisieren vergleichsweise früh während der Abkühlung einsetzen.

Allerdings erklären die Ergebnisse nicht, warum die Erde überhaupt in den Schneeball-Zustand geriet. Salz wäre demnach kein Auslöser, sondern ein Verstärker einer bereits begonnenen Vereisung. Zudem ist unklar, ob sich ausreichend große Salzablagerungen tatsächlich bilden und lange erhalten könnten.

Das Modell berücksichtigt auch die Bewegung des Meereises nicht. Heranströmendes Eis aus schneereichen Regionen könnte salzreiches Meereis verdünnen. Auch Wolken, Staub und Wind könnten die Wirkung abschwächen, indem sie die helle Oberfläche bedecken oder Salz umverteilen.

Die Studie liefert deshalb vor allem weitere Hinweise zur Klimageschichte der Erde. Sollte sich der Effekt in größeren Modellen bestätigen, könnte Salz womöglich tatsächlich aus einer starken Vereisung einen stabilen globalen Frostzustand machen. Damit könnten bekannte Rückkopplungen um Meersalz ergänzt werden – was allerdings neue Fragen zu globalen Vereisungen aufwirft.