Erdzeitalter und Erdgeschichte

Die ca. 4,56 Milliarden Jahre Erdgeschichte unterteilt man wissenschaftlich in verschiedene Erdzeitalter. Diese sind oft mit wichtigen Veränderungen und Ereignissen auf der Erde verknüpft, wie zum Beispiel Vulkanausbrüche, Einschläge von Meteoriten oder Überschwemmungen.

Ebenso sind die Entstehung und die Bewegung von Kontinenten, die großen Veränderungen im Erdklima, die Eiszeiten sowie die Ausbreitung von Wäldern, Pflanzen und anderen Lebewesen mit den Erdzeitaltern verbunden.

Und auch die gesamte Geschichte der Entwicklung des Lebens auf unserem Planeten hängt stark mit den Erdzeitaltern und den dort jeweils vorherrschenden Umweltbedingungen zusammen.

Das Wissen über diese Zusammenhänge ergibt sich aus der Untersuchung der Gesteinsschichten unter der Erdoberfläche:

Durch verschiedene physikalische und chemische Methoden kann die Zusammensetzung der Gesteine in den jeweiligen Schichten untersucht werden.
Auch kann der Zeitraum, in dem sich die jeweilige Schicht des Sedimentgesteins gebildet hat, bestimmt werden.
Und die Fossilien, die in den jeweiligen Schichten gefunden werden, geben Hinweise auf die Lebewesen, die in den entsprechenden Erdzeitaltern existierten.

So ergibt sich für die kompletten 4,5 Milliarden Jahre Erdgeschichte eine geologische Zeitskala, die auf den verschiedenen Erdzeitaltern beruht, welche mit den Schichten des Sedimentgesteins verknüpft sind.

Man kann also sagen:
Die Gesteinsschichten der Erde erzählen die Geschichte der Erde.

In diesem Artikel gehen wir genauer auf diesen Zusammenhang der geologischen Erdzeitalter mit der Erdgeschichte ein. Dabei interessieren vor allem diese Punkte und Fragen:

Welches sind die Erdzeitalter?
Wie hängen die Erdzeitalter mit der Erdgeschichte zusammen?
Wann erfolgte die Entstehung der Erde?
wann gab es das erste Wasser, den ersten Sauerstoff und
wann die ersten Lebewesen auf der Erde?
Und wie haben Wissenschaftler all dies herausgefunden?

Die Kapitel im Überblick

Geologische Zeitskala

Die Unterteilung der Erdgeschichte in Erdzeitalter geht zurück auf die geologische Zeitskala, welche sich aus der Anordnung der Schichten des Sedimentgesteins ergibt.

Schichtung des Sedimentgesteins

Die Sedimentgesteine sind in vertikaler Richtung zeitlich aufeinanderfolgend angeordnet: Je weiter man von der Erdoberfläche in die Gesteinsschichten nach unten vordringt, umso älter sind die Gesteine.

Dieser Zusammenhang wird seit ca. 4 Jahrhunderten mit immer moderneren Methoden wissenschaftlich genau untersucht. Die entsprechenden Fachgebiete der Geologie heißen Chronostratigraphie und Geochronologie.

Die zeitliche Zuordnung der Gesteinsschichten zu den Erdzeitaltern spielt für viele weitere Gebiete der Naturwissenschaften eine große Rolle:

Durch die anorganischen Verbindungen in den Sedimentgesteinen können Wissenschaftler zurückschließen auf die physikalischen und chemischen Bedingungen in den verschiedenen Zeiträumen.
Die Zusammensetzung der Gesteine kann untersucht werden und so kann zum Beispiel auf den Wassergehalt, den Sauerstoffgehalt und andere Umweltbedingungen geschlossen werden.
Die Gesteine können datiert werden, was eine zeitliche Zuordnung der Schichten und damit auch der jeweiligen Umweltbedingungen ermöglicht.
So können für viele wichtige Ereignisse und Veränderungen in der Erdgeschichte ungefähre oder oft auch ziemlich genaue Zeiträume bestimmt werden.
Die organischen Verbindungen und die in den Sedimenten gefundenen Fossilien ermöglichen ebenfalls eine Datierung und so eine zeitliche Rekonstruktion der Geschichte des Lebens auf der Erde.
Zusammen mit den Faktoren, die Informationen über die damaligen Umweltbedingungen geben, kann so rekonstruiert werden, unter welchen Bedingungen sich die verschiedenen Lebewesen entwickelten.

Geologie und Erdgeschichte

Im Laufe der letzten etwa vier Jahrhunderte haben Tausende von Wissenschaftlern an vielen Orten der Erde die Gesteinsschichten datiert und klassifiziert. Die Ergebnisse werden weltweit miteinander verglichen und haben so eine vereinheitlichte Klassifizierung der Schichten ermöglicht:

Gesteine und Fossilien, die in der gleichen Schicht gefunden werden, entsprechen dem gleichen Zeitalter. Funde aus tieferen Schichten stammen aus Zeitaltern, die weiter zurückliegen als Funde aus höheren Gesteinsschichten, und umgekehrt.
Die Gesteinsschichten und damit auch viele wichtige Ereignisse in der Erdgeschichte konnten so zuerst in Bezug zueinander, also auf einer relativen Zeitskala eingeordnet werden.
Mit immer neueren Methoden konnten die Gesteine, die Fossilien und damit die Gesteinsschichten selber auch datiert werden. Dies ermöglichte die Einordnung der Gesteinsschichten auf einer absoluten Zeitskala.

So gibt es heute eine global gültige geologische Zeitskala, die allen Gesteinsschichten einen genauen Zeitraum zuordnet. Und genau dies sind die Erdzeitalter.

Zu den wichtigen Ereignissen und Entwicklungen, die mit den Erdzeitaltern bzw. den Schichten der Sedimentgesteine verbunden sind, gehören zum Beispiel:

die Entstehung der Erde
die Abkühlung der Erdoberfläche über viele Millionen von Jahre
Einschläge von Meteoriten
Zeitpunkt und Intensität von Vulkanausbrüchen
Erstes Leben auf der Erde
Entstehung der Kontinente
Anstieg des Sauerstoffgehalts (in der Atmosphäre und in den Ozeanen)
Entwicklung von komplexem Leben
Veränderungen im Klima (Temperatur, CO₂-Gehalt)

In den folgenden Kapiteln fassen wir zusammen, wie diese und weitere Ereignisse mit den Erdzeitaltern und der geologischen Zeitskala zusammenhängen. Und wir schauen, wie Wissenschaftler dies herausgefunden haben.

Die Erdzeitalter im Überblick

Bevor wir näher auf den Zusammenhang mit der Erdgeschichte eingehen, werfen wir zunächst einen Blick auf die genaue Definition und Festlegung der verschiedenen Erdzeitalter.

Die 4 Äonen

Die größte Einheit der Erdzeitalter ist das Äon. Es gibt in der Erdgeschichte 4 Äonen, welche jeweils mehrere Hundert Millionen Jahre dauern:

Das erste Äon ist das Hadaikum. Es beginnt mit der Entstehung der Erde vor etwa 4,6 Milliarden Jahren und endet vor ca. 4 Milliarden Jahren.
Darauf folgt das Archaikum (bzw. Archäozoikum), welches ca. 1,5 Milliarden Jahre dauert, also vor etwa 2,5 Milliarden Jahren endet.
Das dritte Äon ist das Proterozoikum, welches mit einer Dauer von ca. 2 Milliarden Jahren das zeitmäßig umfangreichste Äon ist.
Das vierte und bisher letzte Äon ist das Phanerozoikum. Es beginnt vor 541 Millionen Jahren und dauert aktuell an.

Die Bedeutung der Namen

Die Namen für die 4 Äonen stammen aus dem Altgriechischen. Sie wurden Ende des 19. Jahrhunderts von führenden Geologen vergeben. Die Bedeutung der griechischen Wörter gibt eine kurze und prägnante Beschreibung der jeweiligen Zeitalter:

Der Name Hadaikum geht zurück auf Hades, den griechischen Gott der Unterwelt. Das Wort Hadaikum beschreibt damit die Bedingungen auf der frühen Erde: flüssige Lava und Temperaturen von Tausend Grad an der Oberfläche.
Die Bezeichnungen Archaikum und Archäozoikum sind aus den griechischen Wörtern arkhe (Beginn) und zoon (Leben) zusammengesetzt. Archaikum bedeutet also „Zeit des Beginns“ und Archäozoikum bedeutet „Zeit des ersten Lebens“.
Das Wort Proterozoikum ist eine Zusammensetzung aus den Wörtern proteros (früh) und zoon (Leben) und bedeutet „Zeitalter des frühen Lebens“.
Entsprechend bedeutet Phanerozoikum: „Zeitalter des sichtbaren Lebens“.

Die 4 Äonen im Überblick

Äon	Start bis Ende (Millionen Jahre bevor)	Bedingungen	Leben
Hadaikum	4.567 bis 4.031	flüssige Lava	evtl. erstes Leben (?)
Archaikum	4.031 bis 2.500	Wasserwelt, Atmosphäre ohne Sauerstoff	Bakterien und Archaeen
Proterozoikum	2.500 bis 541	mehr Sauerstoff in der Atmosphäre	erste Tiere
Phanerozoikum	541 bis aktuell

Weitere Unterteilung der Erdzeitalter

Die Äonen stellen nur die gröbste Klassifizierung der Erdgeschichte dar, denn das Aon ist die größte Einheit der Erdzeitalter. Die nächst feinere Unterteilung ist die Ära. Man unterteilt die Äonen (bis auf das Hadaikum) also weiter in Ären.

So besteht zum Beispiel das Archaikum aus diesen 4 Ären: Eoarchaikum, Paläoarchaikum, Mesoarchaikum und Neoarchaikum. Diese dauern jeweils 300 bis 400 Millionen Jahre.

Für die beiden Äonen Proterozoikum und Phanerozoikum ist eine noch feinere Unterteilung möglich. Diese sind zunächst in Ären und dann weiter in Perioden unterteilt. Noch genauere Unterteilungen der Perioden sind dann die Epochen und schließlich die Alter.

Wie gehen auf diese verschiedenen Einheiten und Skalen der Erdzeitalter in den folgenden Kapiteln genauer ein.

In diesem Kapitel geben wir einen Überblick der Erdzeitalter und den jeweiligen Bedingungen auf der Erde. Auch fassen wir kurz die sich daraus ergebenden wichtigsten Entwicklungen und Ereignisse der Erdgeschichte zusammen, die in den verschiedenen Zeitaltern stattgefunden haben.

Das Hadaikum

Zeitraum: 4.567 bis 4.031 Millionen Jahre vor heute

Entstehung der Erde

Das erste der vier Äonen beginnt mit der Entstehung des Planeten Erde vor etwa 4,56 Milliarden Jahren. Etwa zu dem gleichen Zeitpunkt entstanden auch die Sonne und die übrigen Planeten, also unser Sonnensystem.

Nach dem heutigen Wissensstand entstehen Planeten und Sonnensysteme aus einer Wolke aus Gas und Staub.
Über Millionen von Jahren verdichtet sich diese Staubwolke zunächst zu einer protoplanetaren Scheibe, dann zu kleinen Gesteinen, dann zu immer größeren Asteroiden und schließlich zu Protoplaneten, bzw. im Fall der Erde zur Protoerde.

Entstehung des Mondes

Das Hadaikum ist auch geprägt durch eine große Anzahl von Asteroideneinschlägen, welche die Oberfläche verwüsteten. Der Einschlag des riesigen Asteroiden Theia vor ca. 4,4 Milliarden Jahren hat wahrscheinlich dafür gesorgt, dass sich der Mond bildete.
Siehe hierzu auch das Kapitel Entstehung des Mondes in diesem Artikel:

Der
Mond

Flüssige Lava und erste Gesteine

Nach der Entstehung unseres Planeten bestand die Erdoberfläche zunächst aus flüssiger Lava. Im Laufe von vielen Millionen Jahren kühlte sich die Erde ab und es bildeten sich vor ca. 4,4 Milliarden Jahren die ersten festen Gesteine (Minerale), von denen heute noch einige wenige existieren.

Wasser und Atmosphäre

Kurz nach der Entstehung der Erde bestand die Atmosphäre zunächst aus Wasserstoff und Helium, also den Molekülen, aus welchen sich die Sonne und das Sonnensystem bildeten. Diese leichten Moleküle konnten jedoch nicht von der Erdgravitation gehalten werden und die erste Atmosphäre verschwand schon bald in den Weltraum.

Die zweite Atmosphäre der Erde bildete sich aus Wasserdampf, Kolhendioxid, Stickstoff und Methan. Der Wassserdampf stammte dabei wohl zum größten Teil aus dem Inneren der Erde und gelangte durch zahlreiche Vulkanausbrüche in die Atmosphäre.

Über Tausende von Jahren regnete ein Teil des Wasserdampfs der Atmosphäre nieder und formte so das erste flüssige Wasser auf der Erdoberfläche. So bildeten sich mit der Zeit die Ozeane.

Erste eindeutige Hinweise auf Wasser an der Erdoberfläche wurden in ca. 4,4 Milliarden Jahre alten Gesteinen gefunden. Weitere Quellen für das Wasser auf der Erde sind wahrscheinlich die im Hadaikum und Archaikum sehr häufigen Einschläge von Eis-Asteroiden.

Beginn des großen Bombardments

Zum Ende des Hadaikums, etwa vor 4,1 Milliarden Jahren, beginnt ein etwa 300 Millionen Jahre dauernder Zeitraum, in dem die Erde von extrem vielen Asteroiden getroffen wurde.

Grund hierfür war wahrscheinlich die zunehmende Entfernung der Gasgiganten Jupiter und Saturn von der Sonne. So wurden die Asteroiden aus dem Asteroidengürtel deutlich weniger von der Schwerkraft dieser riesigen Planeten angezogen und deshalb sehr viel häufiger zu den inneren Planeten (Merkur, Venus, Erde, Mars) gelenkt.

Hinweise auf erstes Leben

Noch bis vor wenigen Jahrzehnten war die in der Wissenschaft vorherrschende Ansicht, dass unter den Bedingungen des Hadaikums kein Leben entstehen konnte.

Nach dem aktuellen Kenntnisstand ist jedoch möglicherweise schon im Zeitraum von 4,2 bis 3,9 Milliarden Jahren vor heute, also zum Ende das Hadaikums, das erste Leben entstanden. Es gibt hierfür jedoch bis jetzt nur indirekte Hinweise, also keine eindeutigen Fossilienfunde.

Das Archaikum

Zeitraum: 4.031 bis 2.500 Millionen Jahre vor heute

Das Äon Archaikum („Zeit des Beginns“) wird gelegentlich auch Archäozoikum („Zeit des ersten Lebens“) genannt und ist unterteilt in 4 Ären:

Eoarchaikum: vor 4.031 bis 3.600 Millionen Jahren
Paläoarchaikum: vor 3.600 bis 3.200 Millionen Jahren
Mesoarchaikum: vor 3.200 bis 2.800 Millionen Jahren
Neoarchaikum: vor 2.800 bis 2.500 Millionen Jahren

Im Zeitalter des Archaikums wurden die Umweltbedingungen zunehmend lebensfreundlicher. Dies führte zu einer Reihe von Entwicklungen, die zum einem das erste Leben ermöglichten, zum anderen auch die Grundlage für die Entwicklung der späteren Lebewesen bildeten.

Ende des großen Bombardments

Die extrem häufigen Einschläge von Asteroiden, welche zum Ende des Hadaikums begonnen hatten, endeten etwa vor 3,8 Milliarden Jahren. Durch die große Menge an Asteroiden, die über einen Zeitraum von vielen Millionen Jahren einschlugen, nahm nicht nur die Masse der Erde zu.

Es kam durch die Einschläge auch zu einem Anstieg an Energie und Wärme. Und die vielen Asteroiden brachten zusätzliche chemische Elemente, anorganische Verbindungen und eventuell auch organische Verbindungen auf die Erde.

Stabile Kontinente

Die stabilen Kerne der Kontinente, die sogenannten Kratone bildeten sich. Die Erdkruste hatte sich wahrscheinlich bereits im Hadaikum gebildet.

Bakterien und Archaeen

Zwar ist das erste Leben wahrscheinlich bereits im Hadaikum entstanden. Dies folgt aber nur aus Überlegungen, Theorien und indirekten Hinweisen.
Für das Archaikum hingegen gibt es viele eindeutige Zeichen für Leben: Die ältesten unstrittigen Fossilienfunde stammen aus dem Eoarchaikum und werden auf ein Alter von etwa 3,9 bis 3,6 Milliarden Jahre datiert.

Photosynthese, Sauerstoff

Ungefähr vor etwa 3,5 Milliarden Jahren, also im Paläoarchaikum, gab es die ersten Mikroorganismen, welche die Energie der Sonne durch Photosynthese nutzen konnten.

Etwa im gleichen Zeitraum enstanden mit den Cyanobakterien auch die ersten Lebewesen, die Sauerstoff produzieren konnten. Bedeutende Mengen von Sauerstoff wurden jedoch wahrscheinlich erst mit Beginn des Neoarchaikums, also vor etwa 2,8 Milliarden Jahren produziert.

Atmosphäre

Der Anteil von Sauerstoff in der Erdatmosphäre nahm durch die Cyanobakterien zwar langsam zu. Die Konzentration von Sauerstoff war aber auch zum Ende des Archaikums um viele Größenordnungen kleiner als heute. Dies sollte sich erst ca. Hundert Millionen Jahre später im Paläoproterozoikum ändern.

Das Proterozoikum

Zeitraum: 2.500 bis 541 Millionen Jahre vor heute

Das ca. 2 Milliarden Jahre dauernde Proterozoikum ist das längste Äon der Erdgeschichte. Es ist unterteilt in drei Ären:

Paläoproterozoikum: vor 2.500 bis 1.600 Millionen Jahren
Mesoproterozoikum: vor 1.600 bis 1.000 Millionen Jahren
Neoproterozoikum: vor 1.000 bis 541 Millionen Jahren

Diese Ären sind weiter unterteilt in mehrere Perioden.

Der erste Teil des Proterozoikums (ca. bis vor 1,8 Milliarden Jahren) umfasst mehrere Entwicklungen und Ereignisse, die von entscheidender Bedeutung für die Erdgeschichte und die Entwicklung des Lebens waren.

Der zweite Teil hingegen wird als Boring Billion (Langweilige Milliarde) bezeichnet, weil sich in diesem Zeitraum (ca. vor 1,8 bis 0,8 Milliarden Jahren) nicht sehr viele bedeutende Ereignisse abspielten. Dies ist zumindest der gegenwärtige Kenntnisstand.

Im Folgenden geben wir einen kurzen Überblick der wichtigsten Entwicklungen und Ereignisse im Proterozoikum:

Große Sauerstoffkatastrophe

Hierunter versteht man den Anstieg des Gehalts an Sauerstoff in der Atmosphäre und in den Wasserflächen. Etwa vor ca. 2,4 Milliarden Jahren begann der Anteil an Sauerstoff um mehrere Größenordnungen zuzunehmen. Dies war eine Folge von immer mehr Kleinstlebewesen wie den Cyanobakterien, welche Sauerstoff durch Photosynthese produzierten.

Für die meisten der damaligen Lebewesen war dies allerdings eine Katastrophe, da sie den Sauerstoff nicht atmen konnten. Doch für die weitere Entwicklung des Lebens war dieser Sauerstoff eine wichtige Voraussetzung: Fast alle heutigen Lebewesen, insbesondere auch die Säugetiere und Menschen, benötigen Sauerstoff.

Huronische Eiszeit

Die erste der 5 großen Eiszeiten begann vor etwa 2,4 bis 2,3 Milliarden Jahren und dauerte ca. 300 Millionen Jahre. Die Huronische Eiszeit wird oft auch paläoproterozoische Vereisung, gelegentlich aber auch Archaische Eiszeit genannt. Der Zeitraum fällt jedoch in das Paläoproterozoikum.

Für eine Übersicht der Eiszeiten der Erdgeschichte siehe diesen Artikel:

Die
Eiszeiten

Erste Eukaryoten

Der schnelle Anstieg des Sauerstoffanteils in der Atmosphäre durch die Große Sauerstoffkatastrophe führte zu entscheidenden Entwicklungen in der Welt der Lebewesen:

Aerobe (Sauerstoff atmende) Lebewesen verbreiteten sich rasant.
Anaerobe (ohne Sauerstoff lebende) Organismen konnten nur überleben, wenn sie mit den anaeroben Lebewesen eine Symbiose eingingen

Dies führte zur sogenannten Endosymbiose, in welcher diese beiden Formen von Lebewesen sich zu einer Zelle vereinigten. Damit entstanden die ersten Eukaryoten, welche als Zellorganellen die Mitochondrien enthielten. Durch die Mitochondrien konnten die Eukaryoten den Sauerstoff nutzen.

Schneeball Erde

In die letzte Ära des Proterozoikums, das Neoproterozoikum, fallen zwei besonders starke Eiszeiten:

die Sturtische Eiszeit (vor etwa 717 bis 660 Millionen Jahren)
und die Marinoische Eiszeit (vor etwa 650 bis 630 Millionen Jahren)

Die Temperaturen waren in diesem langen Zeitraum so niedrig, und die Vereisung war so weitreichend, dass wahrscheinlich fast alle Gebiete der Erde vereist waren. Man spricht deshalb auch vom Schneeball Erde.