Noch heute entsteht etwa jedes Jahr eine Sonne irgendwo in der Milchstrasse. Nicht wenige davon bilden auch ein Planetensystem aus. Deshalb entstehen auch heute noch Sonnensysteme. Unser Sonnensystem ist etwa 4’550 Millionen Jahre alt. In der Milchstrasse gibt es Sonnen, die mehr als doppelt so alt sind wie unser Sonnensystem. Die Bildung der Sonne, Erde und der anderen Körper unseres Sonnensystems war somit ein sehr lokales Ereignis. Um begrifflichen Verwechslungen vorzubeugen: Der Urknall hat nichts mit der Entstehung der Erde zu tun. Besonders die früheste Geschichte unseres Planeten hätte ohne die Erforschung der Sonne, Planeten und fernen Sonnensystemen nicht erforscht werden können. Die Geschichte der Erde ist somit ein Teil der Geschichte des Sonnensystems.

Entstehung des Planeten

Nach dem Kollaps einer grossen Gas- und Staubwolke sah unser Planetensystem recht chaotisch aus. Das meiste Material konzentrierte sich in der Sonne. Diese war von einer dicken Scheibe aus Gas und Staub umgeben. In dieser Scheibe klumpte sich Staub zu immer grösseren Körpern zusammen: die ein paar Kilometer grossen Planetesimale. Daraus können durch Kollisionen in wenigen 10’000 Jahren planetenartige Körper werden (d.h. ein paar 1000 km im Durchmesser). Im Bereich der heutigen Planeten MerkurVenus, Erde und Mars gab es sehr wahrscheinlich ein paar planetengrosse Körper mehr als die 4 heute bekannten inneren Planeten. Dazwischen kreiste eine Unzahl von kleineren Planetesimalen um die junge Sonne. Die Planetesimale bombardierten die neu entstandenen Welten unaufhörlich.

Derjenige Urplanet, aus dem später unsere Erde werden sollte, hatte eine besonders dramatische Jugend. Er stiess mit einem der anderen Planeten zusammen. Dieser war etwa halb so gross wie die junge Erde selbst. Der kleinere Planet wurde bei der streifenden Kollision vollständig zerstört, die Oberfläche der jungen Erde wurde vollständig aufgeschmolzen und teilweise ebenfalls in den Weltraum geschleudert. Aus einem Teil der Trümmer dieses Zusammenstosses wurde kurz darauf der Mond gebildet. Da nach diesem kataklysmischen Ereignis die Oberfläche der Erde für Millionen Jahre ein Ozean aus flüssigem Gestein war, existiert kein grosser Krater oder ein vergleichbares Zeugnis dieses grössten Einschlages in der Geschichte der Erde.


Künstlerische Vorstellung von der Planetenentstehung. Zu sehen ist die Staub- und Gasscheibe, die bereits Ringe formt. Es hat sich bereits ein Gasplanet (links im Bild) gebildet; rechts der Mitte ist ein Asteroideneinschlag in einen Gesteinsplaneten abgebildet – diese Vorgänge sind im folgenden Text erläutert. Abbildung: NASA/FUSE/Lynette Cook.

Lavaozeane und Uratmosphäre

Aus dem Lavaozean und (nachdem sich eine erste Kruste aus erstarrtem Gestein über den Lavaozean gelegt hatte) aus Vulkanen drangen Gase aus dem Inneren der jungen Erde. Kohlendioxyd wurde in solchen Mengen freigesetzt, dass es für eine Atmosphäre gereicht hat, die 60x so dicht war wie heute. Auch viel Wasserdampf und Stickstoff waren vertreten. Irgendwann muss die Temperatur in der Uratmosphäre unter 100 Grad gefallen sein. Ab diesem Zeitpunkt konnte der Wasserdampf zu Wasser werden und die Urozeane bilden. Das Wasser konnte nun das Kohlendioxyd nach und nach in Form von Karbonaten (Kalk) binden. Dadurch wurde die Uratmosphäre dünner. Als Hauptkomponente der Atmosphäre blieb der Stickstoff übrig. Freien Sauerstoff gab es nicht.

Auf dem Mond sind noch viele Zeugnisse aus der Zeit vor 4 bis 4.5 Milliarden Jahre erhalten; die allermeisten Formationen des Mondes sind mehr als 3.5 Milliarden Jahre alt. Auf der geologisch aktiven Erde werden jedoch die Zeugnisse der Vergangenheit immer wieder vernichtet. Die ältesten noch vorhandenen irdischen Gesteine sind etwa 3.8 Milliarden Jahre alt. Somit stammen sie aus der Endphase einer Zeitperiode, die man das “late heavy bombardment” (späte starke Bombardierung) nennt. Eigentlich hätten im inneren Sonnensystem vor 4 Milliarden Jahren kaum mehr Planetesimale existieren sollen. Trotzdem zeigt die Mondoberfläche, dass sich in dieser Zeit der Beschuss durch kilometergrosse Körper nochmals etwas verstärkte. Eine mögliche Erklärung wäre die etwas verzögerte Entstehung der Planeten Uranus und Neptun, die dann mit ihrer Schwerkraft Planetesimale aus ihrer sonnenfernen Region in das innere Sonnensystem lenkten. Es kann jedoch heute ausgeschlossen werden, dass diese Planetesimale das Wasser auf die Erde brachten. Dazu ist das Verhätnis zwischen schwerem Wasser und leichtem Wasser auf der Erde zu verschieden von dem der Kometen, die ja nichts anderes als Planetesimale vom äusseren Rand des Sonnensystem sind.

Präkambrium (vor 4.5 bis 0.5 Milliarden Jahren)

Erstes primitives Leben findet man bereits in 3’500 Millionen Jahren alten Gesteinen. Deshalb ist anzunehmen, dass die Entstehung des Lebens nicht lange auf sich warten liess, nachdem die Bedingungen auf der Erde Leben grundsätzlich zuliessen. Freien Sauerstoff gab es aber in dieser Archaikum genannten Periode des Lebens noch nicht. Die Sonne hatte zu Beginn erst etwa 70% ihrer heutigen Leistung. Deshalb musste ein stärkerer Treibhauseffekt als heute die Temperatur an der Erdoberfläche hoch halten. Stromatholiten (Bakterienkolonien im Flachwasser) deren 3000 Millionen Jahre alte Überreste noch in Westaustralien zu finden sind, lassen auf ein warmes Klima und untiefes Wasser schliessen. Es gab also schon damals Meere und Land.

Nicht während des ganzen Präkambriums war das Klima feucht. Man weiss von Vereisungen vor 2.4 Milliarden und 700 Millionen Jahren (die sog. eokambrische Eiszeit). Möglicherweise war die Erde während dieser eokambrischen Eiszeit zeitweise fast vollständig zugefroren, und das Leben war in ziemlicher Bedrängnis, da bei einem Zufrieren der Ozeane die Algen vom Sonnenlicht abgeschnitten werden und so verhungern.

Paläozoikum (vor 590 bis 248 Millionen Jahren)

Während in der Zeit des Präkambriums nur Einzeller und erste primitive Lebewesen (ab 1400 Millionen Jahren) das Leben bestimmten, traten nun eine Vielzahl von grösseren Lebewesen auf. Durch die Kontinentalverschiebung kommt es auch während des gesamten Paläozoikums zu einer ständigen geographischen Reorganisation der Kontinente. Diese Reorganisation gipfelt gegen Ende dieser Epoche in einem Superkontinent (Vereinigung aller Kontinente), den die Geochronologen PANGÄA nennen. Dieser Kontinent war von einem Ur-Ozean umgeben.

Die Perioden des Paläozoikums heissen:

  • Kambrium, vor 590 bis 505 Millionen Jahren, Entfaltung vieler Stämme der wirbellosen Tiere
  • Ordovizium, vor 505 bis 438 Millionen Jahren, älteste Wirbeltiere
  • Silur, vor 438 bis 408 Millionen Jahren, älteste Gefässpflanzen
  • Devon, vor 408 bis 360 Millionen Jahren, älteste Samenpflanzen
  • Karbon, vor 360 bis 286 Millionen Jahren, älteste Amphibien
  • Perm, vor 360 bis 248 Millionen Jahren, älteste Reptilien, Massenaussterben am Ende des Perms

Mesozoikum (vor 248 bis 65 Millionen Jahren)

Das Mesozoikum wird in drei Zeitalter aufgeteilt, die Trias, Jura und Kreide genannt werden:

Trias (vor 248 Millionen Jahren bis 213 Millionen Jahren)

Die Tierwelt der Trias ist von der schnellen Entwicklung von Reptilien geprägt.  Auch fällt das erste Auftreten von Dinosauriern in diese Epoche. Ebenso gibt es erste primitive Säugetiere, der Superkontinent PANGÄA beginnt zu zerbrechen. Der Südatlantik öffnet sich. Dadurch kann das Urmeer TETHYS immer weiter von Osten in PANGÄA eindringen. In der Mitte der Trias bauen Algen und Korallen mächtige Riffe auf (z.B. die heutigen Dolomiten). Am Ende der Trias dringt die TETHYS weit in benachbarte Senkungsgebiete vor.

Jura (vor 213 Millionen Jahren bis 144 Millionen Jahren)

In dieser Periode treten die ersten Vögel und die ersten wirklichen Säugetiere auf. Man findet eine hohe Vielfalt an Dinosauriern und Ammoniten (die Ammoniten sind eine der erfolgreichsten Tiergruppen in der Erdgeschichte. Sie lebten vor 350 Mio bis 65 Mio Jahren. Ein letzter verwandter Vertreter von ihnen ist der Nautilus). Die Öffnung des Atlantiks von Süden nach Norden dauerte weiter an. Von der TETHYS aus werden nach Norden hin weite Teile von Europa und Asien überflutet.

Der nördliche Atlantik öffnet sich. Dadurch wird Nordamerika nach und nach von Eurasien getrennt. Während sich das Meeresbecken der späteren Rocky Mountains im Osten vertieft, wird es im Westen gegen Ende des Juras zur Sierra Nevada aufgefaltet. Der Pazifik zeichnet sich bereits in seiner heutigen Umgrenzung ab. Das globale Klima ist so warm, dass die Polgebiete eisfrei sind. Gebirgsbildungen in Nordamerika, Rifting und Vulkanismus in Afrika und der Antarktis sind weitere Ereignisse im Jura.

Kreide (vor 144 Millionen Jahren bis 66 Millionen Jahren)

In der Kreidezeit entwickeln sich die Blütenpflanzen. Auch ist die Kreide das letzte Zeitalter der Dinosaurier. Die TETHYS wird zwischen Europa und Nordafrika eingeengt. Dann kollidieren Italien und der Balkan mit Europa, wobei die Alpen und die Dinariden (Deckengebirge in Slowenien) erstmalig gefaltet werden. GONDWANA (ein Verband von heutigen Kontinenten) zerbricht in kleinere Kontinente. Im Süden löst sich das antarktische Festland, im Südosten Australien; Indien driftet nach Norden und Südamerika nach Westen. Damit ist die Neue Welt jenseits des Atlantiks entstanden. Die Anden und die Rocky Mountains werden am Ende der Kreide zu Gebirgsketten. Das Klima ist nicht warm genug, um Riffwachstum zu begünstigen, aber es ist allgemein wärmer als heute. In der Übergangszeit zum Tertiär wird es wesentlich kühler. Auch sterben viele Arten zum Ende der Kreidezeit in kurzer Zeit aus. Die prominentesten darunter sind die Dinosaurier.

Känozoikum (vor 66 Millionen Jahre bis heute)

Es ist das Zeitalter der Säugetiere. Die beiden Zeitperioden im Känozoikum heissen Tertiär und Quartär.

Tertiär (66 Millionen Jahre bis 1.6 Millionen Jahre)

Im Alt-Tertiär trennt das Meer TETHYS noch Afrika, Arabien und Vorderindien vom eurasiatischen Kontinent. Zwischen Europa und Nordamerika besteht eine Landbrücke, die einen Austausch der Säugetierfaunen ermöglicht. Im Jung-Tertiär wird die Tethys durch die Hebung der großen Faltengebirge (Alpen, Himalaja) weitgehend eingeengt und Indien durch die himalajische Gebirgsbildung an Asien geschweißt. Nord- und Südamerika erhalten eine Landverbindung im Panama-Gebiet. Die Polgebiete und Kontinente nähern sich ihren heutigen Positionen an und erhalten allmählich ihre jetzige Gestalt. Zum Ende des Alt-Tertiärs beginnt ein deutlicher Temperaturrückgang, der sich durch das Jung-Tertiär fortsetzt.

Fauna /Flora: Nach dem Aussterben der Dinosaurier entfalten sich auf dem Land die Säugetiere zu grösster Blüte. Allmählich modernisiert sich die Pflanzenwelt aufgrund der niedriger werdenden Temperaturen. Es entstehen durch Austrocknung Savannen und Steppen, in denen sich eine vielfältige Säugetierfauna entwickeln und ausbreiten kann. Gräser und Asterngewächse werden mit Beginn des Jung-Tertiärs sehr wichtig. Im Meer kommen nach dem Verschwinden der Ammoniten nun bestimmte Muscheln und Schnecken, aber auch die kurzschwänzigen Krebse zu grosser Entfaltung. Kennzeichnend für das Alt-Tertiär sind Grossforaminiferen (Nummuliten). Unter den Fischen entwickeln die Haie und moderne Knochenfische eine große Artenvielfalt. Auch Meeressäuger (Wale, Seekühe) gehören zum Faunabild.

Quartär (1,6 Millionen Jahre bis heute)

Temperaturschwankungen verursachen weltweit Kalt- und Warmzeiten in den gemäßigten Zonen und Regen- und Trockenzeiten in den warmen Zonen. In den Kaltzeiten kommt es zu den bedeutendsten Vereisungen der Erdgeschichte seit dem Präkambrium (über 30% der Festlandoberfläche ist vergletschert). Durch die Bindung von Wasser zu Eis sinkt der Meeresspiegel. Deshalb bilden sich Landbrücken wie die Bering-Brücke. In der Nacheiszeit (Beginn vor ca. 10.000 Jahren) dringt das Meer zu den heutigen Küstenlinien vor. Im Quartär findet auch die Entwicklung des Menschen statt.

Ausblick

Oft wird die Überzeugung vertreten, dass die Grenzen zwischen den Zeitaltern von Katastrophen globalen Ausmasses geprägt werden. Mindestens kann gezeigt werden, dass grosse Artensterben beim Übergang von  Paläozoikum zum Mesozoikum sowie vom Mesozoikum zum Känozoikum (=Tertiär und Quartär) stattfanden. Letzteres ist das berühmte Dinosauriersterben, bei dem nachweislich ein grosser Einschlag eines ca. 10 Kilometer grossen Asteroiden eine Rolle spielte.

Auch weniger spektakuläre astronomische Faktoren beeinflussen das Klima und damit auch das Leben auf der Erde: Die Exzentrizität der Erdbahn, die Neigung der Erdachse zur Umlaufbahn um die Sonne und die langsame Zunahme der Leuchtkraft der Sonne. Die ersten beiden Faktoren kann man als Ursache der Eiszeiten vermuten. Eine hohe Bahnexzentrizität scheint (unter anderem) im Zusammenhang mit dem Auftreten von Eiszeiten zu stehen. Die Erdbahn wird seit dem Ende der letzten Eiszeit immer kreisförmiger. Erst in 130’000 Jahren erreicht die Exzentrizität der Erdbahn wieder Werte, wie sie zum Ende der letzten Eiszeit herrschten. Allerdings wäre es sehr spekulativ, allein deswegen die nächste Eiszeit auf das Jahr 130’000 vorherzusagen.

Sehr langfristig wird die Zunahme der Leuchtkraft der Sonne der entscheidende Faktor sein. In etwa 500 Millionen bis einer Milliarde Jahren wird es deswegen so heiss auf der Erde werden, dass die Ozeane zu kochen beginnen. Dies wird dann auch das Ende der Phase der belebten Erde markieren. In 5 Milliarden Jahren wird sich die Sonne zum roten Riesenstern aufblähen. Die Sonne wird dann so intensiv scheinen, dass die Erdoberfläche wieder ein Ozean aus Lava bildet, der alle Zeugnisse einstigen Lebens vernichten wird. Nach neuen Modellrechnungen der Spätentwicklung der Sonne wird die Erde nicht von ihr geschluckt werden. Nach dem leuchtkräftigen Finale der Sonne als roter Riese kann sie keine weitere Energie mehr produzieren. Die nun in Kälte und zunehmender Dunkelheit erstarrende Erde wird den im Laufe der Milliarden Jahre erkaltenden Rest der Sonne – ein sog. Weisser Zwerg – weiter umkreisen.

Marc Pesendorfer und Roland Brodbeck

Quelle:

http://lexikon.astronomie.info/erde/geschichte.html

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