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Rekord-Massenaussterben

Warum das Leben einst fast verschwand

Künstlerische Darstellung der katastrophalen Prozesse im Rahmen des größten Massensterbens aller Zeiten. (Bild: Dawid A. Iurino)

Von der zuvor bunten Lebenswelt blieb kaum noch etwas übrig – das Perm-Zeitalter endete mit dem schlimmsten Massenaussterben der Erdgeschichte. Wie das Drama vor rund 252 Millionen Jahren ablief, verdeutlichen nun neue Studienergebnisse: Untersuchungen von Schalentier-Fossilien und Modellsimulationen belegen, wie eine Treibhaus-Katastrophe in der Folge von gigantischen Vulkanausbrüchen dem Leben die Hölle heiß machten. Eine Kaskade ineinandergreifender Prozesse führte letztlich zu dem katastrophalen Ausmaß des Massenaussterbens, sagen die Wissenschaftler.

Der Untergang der Welt der Dinosaurier am Ende der Kreidezeit ist das bekannteste Massenaussterben der Erdgeschichte – doch ein deutlich schlimmeres hatte sich bereits viel früher abgespielt: Vor etwa 252 Millionen Jahren verschwanden rund 96 Prozent der Meereslebewesen und rund 75 Prozent der Landlebewesen innerhalb weniger Jahrtausende. Dieses Massenaussterben markiert das Ende des Erdzeitalters Perm und den Beginn der Trias-Epoche. Als Auslöser für den Prozess gilt der starke Vulkanismus am Ende des Perm-Zeitalters, der sich in gigantischen Lagerstätten von Flutbasalt in Sibirien widerspiegelt.

Wie lief das höllische Drama ab?

Die Freisetzung von Treibhausgasen bei diesen Vulkanausbrüchen, aber auch von großen Mengen Methan aus den Meeresböden, werden in diesem Zusammenhang als Auslöser des Perm-Trias-Aussterbens diskutiert. Doch zu den genauen Ursachen und dem Ablauf bis hin zum Massensterben an Land und im Meer gibt es unter Wissenschaftlern unterschiedliche Ansichten. Nun präsentiert ein internationales Team ein schlüssiges Modell der katastrophalen Prozesse vor 252 Millionen Jahren.

Für ihre Studie nutzten die Wissenschaftler ein Umweltarchiv der besonderen Art: die fossilen Schalen von sogenannten Brachiopoden. „Das sind muschelähnliche Organismen, die es seit mehr als 500 Millionen Jahren auf der Erde gibt. Wir konnten gut erhaltene Brachiopoden-Fossilien aus den südlichen Alpen für die Analysen nutzen. Diese Schalen wurden vor 252 Millionen Jahren am Boden der flachen Schelfmeere des Tethys-Ozeans abgelagert und erfassen die Umweltbedingungen kurz vor und zu Beginn des Aussterbens“, erklärt Erstautorin Hana Jurikova vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel.

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In den fossilen Schalen erfassten die Wissenschaftler verschiedene Isotope des Elements Bor. Wie sie erklären, spiegelt sich in den Ergebnissen die Entwicklung des pH-Werts im Ozean vor 252 Millionen wider. Die Signaturen der Bor-Isotope konnten somit Hinweise auf eine Ozeanversauerung geben, wie sie sich auch als Folge der heutigen Erhöhung der Kohlendioxidkonzentrationen in der Erdatmosphäre abzeichnet. Es ist bekannt, dass der pH-Wert des Wassers eng mit dem CO2-Gehalt der Luft verknüpft ist. Durch die Befunde aus den fossilen Schalen gelang so die Rekonstruktion der Veränderungen der Atmosphäre am Ende des Perm-Zeitalters, erklären die Wissenschaftler.

Kaskade des Untergangs zeichnet sich ab

„Wir konnten nicht nur die Entwicklung der CO2-Konzentration nachvollziehen, sondern diese auch eindeutig auf vulkanische Aktivitäten zurückführen“, sagt Co-Autor Marcus Gutjahr vom GEOMAR. „Die Auflösung von Methanhydraten, die als weitere Ursache diskutiert wurde, ist aufgrund unserer Daten sehr unwahrscheinlich“, betont der Wissenschaftler. Aus den Ergebnissen geht hervor, dass die massiven Vulkanausbrüche, aus der damals aktiven Flutbasaltprovinz „Sibirische Trapps“, über mehrere Jahrtausende hinweg immense Mengen CO2 in die Atmosphäre freisetzten. Dies verursachte eine starke Versauerung des Meerwassers sowie einen intensiven Treibhauseffekt in der Welt des späten Perm.

Die Erkenntnisse der Bor- und weiterer Kohlenstoff-Isotopen-basierten Untersuchungen speiste das Team auch in ein computerbasiertes geochemisches Erdmodell ein. Es verdeutlichte, wie die Erwärmung und die Ozeanversauerung die kalkbildenden Organismen schädigten. Doch es folgte noch ein weiterer Schlag: Mit den klimatischen Veränderungen auf der Erde verstärkte sich auch die Gesteinsverwitterung an Land. Über die Flüsse gelangten so immer mehr Nährstoffe in die Ozeane, die schließlich überdüngt wurden. Großräumige Sauerstoffarmut und die Veränderung ganzer Stoffkreisläufe waren die Folge, geht aus den Modellen hervor. „Wir haben es mit einer kaskadierenden Katastrophe zu tun, bei der der Anstieg von CO2 in der Atmosphäre eine Kette von Ereignissen auslöste, die nacheinander fast alles Leben in den Meeren tötete“, fasst Jurikova zusammen.

„Es ist uns nun gelungen, die Umweltprozesse vor 252 Millionen Jahren detailliert zu rekonstruieren“, sagt Co-Autor Anton Eisenhauer vom GEOMAR. „Ein besseres Verständnis der Umweltprozesse der Vergangenheit kann uns auch dabei helfen, aktuelle und zukünftige Entwicklungen besser abzuschätzen“, so der Wissenschaftler mit Blick auf die aktuell steigenden CO2-Konzentrationen in der Atmosphäre. Jurikova ergänzt dazu: „Die Effekte der einstigen Vulkanausbrüche sind nicht direkt mit den Kohlenstoffemissionen der Menschheit vergleichbar, denn alle modernen Reserven an fossilen Brennstoffen sind viel zu gering, um über Tausende von Jahren so viel CO2 freizusetzen, wie vor 252 Millionen Jahren freigesetzt wurde“. Allerdings zeichnet sich ab, dass wir heute für eine deutlich schnellere Freisetzung sorgen, betont die Forscherin: „Die CO2-Emissionsrate der Menschheit ist heute vierzehnmal höher als die jährliche Emissionsrate zu der Zeit, als die größte biologische Katastrophe in der Erdgeschichte stattfand“, sagt Jurikova.

Quelle: GEOMAR, Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ, Fachartikel: Nature Geoscience, doi: 10.1038/s41561-020-00646-4

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