Kosmische Strahlung löste Kältephasen auf der Erde aus

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Schutzlos im All: Studie legt nahe, dass die Sonne Kältephasen auf der Erde auslöste

Von: Tanja Banner

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Die Sonne zog durch eine dichte Gaswolke – und der Schutzschild der Erde kollabierte. Was danach geschah, könnte die Klimaforschung neu schreiben.

Boston – Die Erde ist nicht allein im Universum – und das könnte in der Vergangenheit dramatische Folgen gehabt haben. Eine neue Übersichtsstudie der Astronomin Merav Opher von der Boston University legt nahe: Bestimmte Kältephasen in der Erdgeschichte könnten durch ein kosmisches Ereignis ausgelöst worden sein, das bislang kaum jemand auf dem Schirm hatte.

Die Erde ist durch die sogenannte Heliosphäre geschützt: Eine riesige Blase aus Sonnenwind, die das gesamte Sonnensystem umhüllt und sich bis zu 120 astronomische Einheiten (AE) in den Weltraum erstreckt – das ist etwa 120-mal die Entfernung von der Erde zur Sonne. Dieser Schutzschild hält rund 70 Prozent der gefährlichen galaktischen kosmischen Strahlung von der Erde fern.

Sonne hüllt das Sonnensystem in die Heliosphäre ein – doch die kann auch schrumpfen

Doch dieser Schutz ist nicht unveränderlich. Die Sonne bewegt sich relativ zu ihren Nachbarsternen mit rund 19 Kilometern pro Sekunde durch das Weltall – und begegnet dabei immer wieder unterschiedlichen Regionen des interstellaren Raums. Trifft sie auf besonders dichte, kalte Gaswolken, kann die Heliosphäre dramatisch zusammenschrumpfen.

Genau das soll laut der Studie zweimal in der jüngeren Erdgeschichte passiert sein. Vor etwa sechs bis sieben Millionen Jahren trat die Sonne in den Rand der sogenannten „Local Bubble“ ein – einer riesigen, von Supernovae ausgehöhlten Gasblase in unserer galaktischen Nachbarschaft. Die Heliosphäre schrumpfte dabei auf nur noch 0,7 AE – die Erde liegt bei einer AE und war damit vollständig ungeschützt.

Heliosphäre kollabierte – und die Erde war plötzlich außerhalb des Sonnen-Schutzschilds

Noch extremer war das Ereignis der Studie zufolge vor zwei bis drei Millionen Jahren, als die Sonne durch die „Local Lynx of Cold Clouds“ im Sternbild Luchs zog – eine dichte Gaswolke, die durch frühere Supernovae mit Eisen-60 angereichert war. Die Heliosphäre kollabierte auf gerade einmal 0,22 AE – die Erde lag weit außerhalb des Schutzschilds, direkt im interstellaren Gas. „Durch einen solchen Zusammenbruch war die Erde dem interstellaren Medium und dem Inhalt der Wolke, darunter dichtes Wasserstoffgas, ausgesetzt“, schreibt Opher in der Studie im Fachjournal Annual Review of Astronomy and Astrophysics.

Ein wichtiges Indiz für diese Ereignisse findet sich auf dem Meeresgrund und auf dem Mond: In Tiefseesedimenten, antarktischem Schnee und sogar in Mondproben wurden erhöhte Mengen des radioaktiven Isotops Eisen-60 (⁶⁰Fe) gefunden – und zwar genau zu den Zeitpunkten vor zwei bis drei und sechs bis sieben Millionen Jahren. Das deutet darauf hin, dass die Erde damals tatsächlich dem interstellaren Medium ausgesetzt war.

Rätselhafte Kältephasen in der Erdgeschichte

Besonders spannend: Diese Zeitpunkte fallen zusammen mit bekannten, aber bislang rätselhaften Kältephasen in der Erdgeschichte. Paläoklimatologen haben in Tiefseebohrkernen starke globale Abkühlungsereignisse vor sechs bis sieben und zwei bis drei Millionen Jahren nachgewiesen – und können sie bis heute nicht vollständig erklären. Die bekannten Milankovitch-Zyklen (Schwankungen der Erdumlaufbahn) reichen als Erklärung nicht aus.

Opher schlägt vor, dass der Kollaps der Heliosphäre über zwei Wege das Klima beeinflusst haben könnte: durch den massiven Eintrag von Wasserstoff aus der Gaswolke in die Erdatmosphäre – und durch die stark erhöhte kosmische Strahlung auf der Erdoberfläche, die ohne den Schutzschild ungefiltert ankam und die Ozonschicht der Erde schädigte.

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Studie beweist keinen Zusammenhang – es ist nur eine wissenschaftliche Hypothese

Wichtig zu betonen: Es handelt sich um eine wissenschaftliche Hypothese, keinen bewiesenen Zusammenhang. Opher selbst formuliert vorsichtig: Die Studie „raises the possibility“ – sie eröffnet eine Möglichkeit. Ob der Heliosphären-Kollaps tatsächlich die Ursache der Kältephasen war, müssen weitere Forschungen zeigen. Auch konkurrierende Erklärungen – etwa nahe Supernovaexplosionen als Quelle des Eisen-60 – werden in der Studie diskutiert.

In der Paläoklimatologie ist dieser kosmische Erklärungsansatz jedoch stark umstritten. Die etablierte Lehrmeinung führt die globale Abkühlung vor 2,7 Millionen Jahren primär auf irdische Faktoren zurück, insbesondere auf drastisch sinkende CO₂-Werte in der Atmosphäre und die Schließung der Landbrücke von Panama, welche die globalen, wärmenden Meeresströmungen massiv veränderte.