Erdsystem-Simulationen legen nahe, dass der Proterozoische Ozean grüner, aber weniger produktiv war

Als der antike Ozean grün leuchtete

Stellen Sie sich vor, Sie blicken aus dem All auf die Erde vor mehr als einer Milliarde Jahren und sehen Ozeane, die nicht tiefblau, sondern lebhaft grün erscheinen. Diese Studie nutzt ein modernes Klima- und Ozeanmodell, um eine auf den ersten Blick einfache Frage zu stellen: Wenn die frühen Meere voller mikroskopischen Pflanzenlebens waren, es aber kaum Tiere gab, die sie fraßen, wie hätte das die Farbe und Vitalität der Ozeane verändert? Die Antwort verändert unsere Vorstellung von der Vergangenheit der Erde und den Bedingungen, die die Bühne für tierisches Leben bereiteten.

Eine Welt vor den Meeres-Tieren

Der hier betrachtete Zeitabschnitt ist das Proterozoikum, das sich grob von vor 2,5 Milliarden bis 540 Millionen Jahren erstreckt. In dieser Ära dominierten winzige photosynthetische Organismen – vergleichbar mit heutigen Cyanobakterien und kleinen Algen – die Meere, während tierähnliche Weidetiere wie Zooplankton noch nicht aufgetaucht waren. Geologische Hinweise deuten darauf hin, dass die ozeanische Produktivität, also die Rate, mit der diese Mikroben Sonnenlicht und Nährstoffe in organische Substanz umwandelten, niedriger war als heute, aber keineswegs vernachlässigbar. Wie viel Biomasse sie produzierten und wie diese vertikal verteilt war, blieb jedoch unsicher. Die Autoren schließen diese Lücke mit einer vollständigen Erdsystem-Simulation, die Atmosphäre, ozeanische Zirkulation, Meereis und marine Chemie koppelt und dann an urzeitliche Kontinente, schwächeres Sonnenlicht und niedrige Sauerstoffwerte anpasst.

Grünere Meere von der Oberfläche an

In ihrer virtuellen proterozoischen Welt entfernen die Forschenden Diatomeen und Zooplankton – Gruppen, die sich noch nicht entwickelt hatten – und lassen nur kleine Phytoplankton- und stickstoffbindende Mikroben wachsen. Unter einer Bandbreite realistischer Nährstoffbedingungen produziert das Modell beständig deutlich mehr Pflanzenbiomasse in oberflächennahen Schichten als der heutige Ozean. Global gemitteltes Chlorophyll in den oberen 150 Metern ist etwa 1,5 bis 2,5-mal höher, und in den obersten Schichten kann es in großen Teilen des niederen Breitengrads moderne Werte um eine Größenordnung übersteigen. Da keine Fressfeinde vorhanden sind, die diese Blüten zurückdrängen, wird der Oberflächenozean von mikroskopischen Pflanzen dicht besiedelt und färbt die simulierten Meere an fast allen eisfreien, warmen Stellen tief und dauerhaft grün.

Warum mehr Pflanzen weniger Wachstum bedeuten können

Wider Erwarten führt diese üppig grüne Oberfläche nicht zu einem insgesamt produktiveren Ozean. Das Modell zeigt, dass die globale Primärproduktion im Proterozoikum nur etwa 60 Prozent der heutigen Werte in wärmeren Phasen und ungefähr 30 Prozent während kälterer, eisreicheren Zustände betrug. Der entscheidende Grund ist Licht. Wenn sich so viel Chlorophyll nahe der Oberfläche ansammelt, wirkt es wie ein Sonnenschutz und schluckt das Licht, bevor es tiefere Schichten erreichen kann, wo sonst Photosynthese stattfinden könnte. Die belichtete, also euphotiche Schicht schrumpft von heute durchschnittlich etwa 80 Metern auf nur 30–40 Meter im simulierten proterozoischen Ozean. Diese ‚Selbstabschattung‘ bedeutet, dass zwar die Oberflächengewässer vor Leben wimmeln, die dunkleren Tiefen darunter aber viel weniger zur globalen Produktivität beitragen. Niedrige Nitratwerte unter einer sauerstoffarmen Atmosphäre und das Fehlen effizienter Diatomeen-Produzenten schränken die Gesamtproduktion organischer Substanz zusätzlich ein.

Hinweise aus heutigen Blüten und Modelltests

Moderne Analoga stützen dieses Bild. Heutzutage führen stark gedüngte Küstenzonen und Seen mitunter zu intensiven Algenblüten, die das Wasser grün färben und tatsächlich das Pflanzenwachstum unterhalb der Oberfläche reduzieren, genau weil das Licht in den obersten Metern abgeschirmt wird. Experimente, in denen Fressfeinde aus Nahrungsnetzen entfernt werden, zeigen ebenfalls, dass Phytoplankton explosionsartig zunehmen kann, was wiederum tiefere Gemeinschaften abschattet. Die Autoren haben ihre Simulationen zudem auf die Probe gestellt, indem sie wichtige Faktoren wie vertikale Durchmischung, Sonnenintensität und Nährstoffzufuhr von Stickstoff, Phosphor und Eisen variierten. Über einen breiten und geologisch plausiblen Bereich blieb dasselbe Muster erhalten: Fehlen starke Weidetiere, wird die Ozeanoberfläche grüner, während die Gesamtproduktivität tendenziell unter oder allenfalls vergleichbar mit der heutigen bleibt – es sei denn, die Phosphorwerte waren extrem hoch oder extrem niedrig.

Was das für das Aufkommen der Tiere bedeutet

Für Nichtexperten lautet die Kernbotschaft, dass die frühen Ozeane von oben lebendiger gewirkt haben könnten, dabei aber insgesamt ein knapperes Energieangebot hatten. Eine dichte Decke mikroskopischer Pflanzen verstopfte die belichtete Haut des Meeres und begrenzte die Tiefe, über die Photosynthese wirksam sein konnte. Zusammen mit niedrigen Nährstoffkonzentrationen und dem Fehlen moderner, leistungsfähiger Produzenten wie Diatomeen hielt dies die globale Produktivität unter dem heutigen Niveau. Dennoch stimmen die in den Simulationen dargestellten üppigen phytoplanktonreichen Oberflächengemeinschaften mit fossilen Hinweisen auf beträchtliches Leben in proterozoischen Meeren überein. Diese grünen, aber relativ wenig leistungsfähigen Ozeane bildeten vermutlich die Umweltkulisse, vor der Sauerstoff allmählich anstieg und schließlich tierisches Leben entstand.

Zitation: Liu, P., Liu, Y., Dong, L. et al. Earth system simulations suggest that the Proterozoic ocean was greener but less productive. Nat Commun 17, 2854 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69654-z

Schlüsselwörter: Proterozoischer Ozean, Phytoplankton, Primärproduktivität, Selbstabschattung, Erdsystem-Modellierung