Zwei Jahre Dunkelheit

Verheerende Brände nach dem Einschlag erzeugten so viel Ruß, dass dieser die Erde für mindestens zwei Jahre in Dunkelheit versinken ließ (Foto: mack2happy/iStock)

Der Einschlag eines gewaltigen Asteroiden am Ende der Kreidezeit rottete nicht nur die Dinosaurier aus, sondern mit ihnen drei Viertel aller Arten auf der Erde. Welche Folgen allein der durch Brände freigesetzte Ruß damals nach sich zog, haben nun Forscher mithilfe von Simulationen ermittelt. Demnach könnte der dichte Rußschleier die Erde damals für zwei Jahre lang in Dunkelheit gehüllt haben – mit fatalen Folgen für Klima und Pflanzenwelt. Doch selbst als das Licht zurückkehrte, wurde es kaum besser. Denn der Ruß bewirkte auch einen drastischen Ozonschwund in der Stratosphäre.

Die Katastrophe ereignete sich vor rund 66 Millionen Jahren: Ein etwa zehn Kilometer großer Asteroid raste auf die Erde zu und schlug in der Gegend der heutigen Halbinsel Yucatan ein. Der Impakt setzte in Bruchteilen von Sekunden gewaltige Energien frei und ließ den Asteroiden, aber auch große Teile des Untergrunds sofort verdampfen. Eine Schock- und Hitzewelle raste um die Erde. Gleichzeitig löste der Einschlag starke Erdbeben, Tsunamis und Waldbrände aus und verstärkte die ohnehin schon heftigen Vulkanausbrüche des Dekkan Trapp-Gebiets im heutigen Indien. "Schon diese unmittelbaren Folgen des Einschlags hätten ausgereicht, um viele der großen Landtiere auszurotten", erklärt Erstautor Charles Bardeen vom US National Center for Atmospheric Research in Boulder. "Aber die Tiere, die in den Ozeanen lebten, die sich unter der Erde vergraben konnte oder wenigstens zeitweilig untertauchen, hätten diese erste Phase wahrscheinlich überlebt."

Doch den Überlebenden wurden nun die Spätfolgen des Einschlags zum Verhängnis: Dunkelheit und Kälte. Bereits Anfang dieses Jahres hatten Forscher ermittelt, dass durch den Impakt des Chicxulub-Asteroiden große Mengen schwefelhaltige Schwebstoffe freigesetzt wurde, die sich wie ein Schleier rund um die Erde legten. Allein die abkühlende Wirkung dieser Schwefelaerosole könnte die globalen Temperaturen um mehr als 20 Grad gesenkt haben – die Jahresmitteltemperatur fiel dadurch unter den Gefrierpunkt. Jetzt haben Bardeen und seine Kollegen einen weiteren Akteur dieses Szenarios untersucht: den bei den vielen Bränden freigesetzten Ruß. Untersuchungen in den damals abgelagerten Sedimenten belegen, dass direkt nach dem Einschlag mindestens 15.000 Millionen Tonnen feiner Ruß in die Atmosphäre gelangten – möglicherweise sogar noch viel mehr, wie die Forscher erklären. Welche Folgen dies für das Klima und die Lebenswelt der Erde hatte, haben sie nun in einer Reihe von Modellsimulationen untersucht.

Keine Fotosynthese mehr

Die Simulationen ergaben: Der feine Ruß aus den unzähligen Bränden verteilte sich schnell bis an die Obergrenze der Troposphäre und bildete dort eine dichte Barriere für das Sonnenlicht. "Dadurch wurde es tagsüber so dunkel wie in einer Mondnacht", berichtet Koautor Owen Toon von der University of Colorado. "Die Reduktion des Sonnenlichts ist dabei aber nicht überall gleich stark: In den Polarregionen wird es weniger stark geschluckt." Dennoch: Wie die Forscher ermittelten, erreichte wahrscheinlich fast zwei Jahre lang weniger als ein Prozent des Sonnenlichts die Erdoberfläche. Für die Pflanzenwelt ist dies fatal: Die Vegetation an Land, die noch nicht den Bränden zum Opfer gefallen ist, bekommt nicht mehr genügend Licht, um Fotosynthese zu betreiben und geht langsam ein. Als Folge sterben nach und nach auch viele pflanzenfressenden Landtiere an Futtermangel, ihnen folgen nach einer Periode üppiger Aasmahlzeiten die großen Raubtiere. Hinzu kommt, dass die fehlende Sonneneinstrahlung und sinkende Temperaturen auch die Niederschläge verändern: Bis zu sieben Jahre lang könnten 70 bis 80 Prozent weniger Regen und Schnee gefallen sein, wie die Simulation ergab.

Noch gravierender könnte sich die Dunkelheit in den Ozeanen ausgewirkt haben: Das Phytoplankton, das die ersten Folgen des Einschlags noch gut überstanden hat, geht nun ebenfalls an Lichtmangel zugrunde. "Der Anteil der Weltmeere, in denen eine Fotosynthese nach dem Impakt noch möglich gewesen wäre, weil mindestens ein Prozent Sonnenlicht ankam, war bis zu 18 Monate nach dem Einschlag fast gleich Null", berichten die Wissenschaftler. "Selbst wenn man von einer dreifach geringeren Rußmenge ausgeht, könnte diese Phase rund ein Jahr angehalten haben." Erst danach klarte der Himmel wieder auf und der Ruß sank relativ zügig zum Erdboden ab. Doch für das Phytoplankton im Ozean war dies zu spät: Sie wären schon nach wenigen Tagen eingegangen. In den Meeren brach damit die Basis der Nahrungsketten zusammen. "Dies führte zu einem Massenaussterben der Organismen, die direkt oder indirekt von der Produktivität der lichtdurchfluteten Zone des Ozeans abhängen", erklären Bardeen und seine Kollegen.

Nach dem Dunkel folgte der UV-Schock

Doch dies war noch nicht alles: Während unten auf der Erde Dunkelheit einkehrte, heizte das Sonnenlicht die Rußbarriere in der Atmosphäre stark auf und erzeugte dadurch Aufwinde, die die Partikel bis in 90 Kilometer Höhe rissen – bis in die Stratosphäre. Dort führte der Ruß zu einem starken Temperaturanstieg oberhalb der Tropopause um bis zu 100 Grad, wie die Simulationen ergaben. Als Folge sammelten sich große Mengen an Wasserdampf in der aufgeheizten oberen Atmosphäre an. "Der Anstieg der Temperastur und der Wasserdampf hatten jedoch tiefgreifende Auswirkungen auf die Ozonschicht", wie die Forscher berichten. Denn beides verursachte einen rapiden Abbau des Ozons. Der Ozongehalt der Ozonschicht sank dadurch sehr schnell auf nur 20 Prozent seines ursprünglichen Wertes ab und blieb bis zu sieben Jahre nach dem Einschlag so niedrig. "Ein vergleichbarer Ozonschwund ist bisher nur im antarktischen Ozonloch beobachtet worden", konstatieren die Wissenschaftler. Das aber bedeutet: Als sich einige Jahre nach dem Einschlag der Rußschleier in der Atmosphäre vollständig aufgelöst hatte, waren die Überlebenden einer deutlich erhöhten UV-Strahlung ausgesetzt.

Das Szenario der Forscher vermittelt uns aber nicht nur ein besseres Bild dessen, was bei dem Asteroideneinschlag vor 66 Millionen Jahren geschah. Es trägt auch dazu bei aufzuklären, warum viele Tier- und Pflanzenarten damals ausstarben, aber einige nicht. Denn je genauer die Veränderungen der Umweltbedingungen bekannt sind, desto besser können Biologen abschätzen, welche Lebewesen diese Phasen überleben konnten – weil sie beispielsweise von Natur aus an ein Leben im Dunkel oder an lange Hungerperioden angepasst waren. So hatten beispielsweise große, warmblütige Tiere wie die meisten Dinosaurier den Nachteil, dass sie enorme Mengen Futter benötigten. Sie wären daher relativ schnell gestorben. Tiere dagegen, die eine Art Winterschlaf einlegen konnten oder die von Natur aus wenig Nahrung benötigten, hatten eine Chance, die Kälte, Dunkelheit und Hungerperiode zu überleben.

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