Die Erdgeschichte kennt Katastrophen, die für Menschen unvorstellbar sind. So markierte vor rund 66 Millionen Jahren ein Asteroideneinschlag das Ende der Dinosaurier-Ära. Lange zuvor jedoch, vor 252 Millionen Jahren an der Grenze der Epochen Perm und Trias, erlebte die Erde das bisher größte Massenaussterben, bei dem etwa drei Viertel aller Arten an Land und 95 Prozent aller Arten im Ozean starben. Gigantische vulkanische Aktivitäten im heutigen Sibirien gelten seit langem als mögliche Auslöser des Perm-Trias-Massenaussterbens, aber die genaue Ursache und die Abfolge der Ereignisse, die zum Aussterben führten, blieben höchst umstritten. Nun ist ein Forscherteam des GEOMAR Helmholtz-Zentrums für Meeresforschung Kiel in Zusammenarbeit mit dem Helmholtz-Zentrum Potsdam – Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ sowie italienischen und kanadischen Universitäten der Megakatastrophe auf die Spur gekommen. Die Forschenden zeichnen erstmals mit detaillierten Belegen den Verlauf des Massensterbens nach und ziehen düstere Lehren für die Zukunft. Sie berichten darüber in der Zeitschrift Nature Geoscience.
Das internationale Team unter der Leitung von Hana Jurikova untersuchte Isotope des Elements Bor in den fossilen Kalkschalen von Brachiopoden – Muschel-ähnlichen Organismen – und ermittelte damit die Versauerungsrate der Ozeane über die Perm-Trias-Grenze hinweg. Da der pH-Wert des Ozeans und das atmosphärische Kohlendioxid (CO2) eng miteinander gekoppelt sind, rekonstruierte das Team die Zunahme des atmosphärischen CO2 zu Beginn der Katastrophe anhand von Kohlenstoffisotopen und Bor-Isotopen. Dann nutzten die Forschenden ein neues geochemisches Modell, um die Auswirkungen des Kohlendioxid-Eintrags in die Umwelt nachzuvollziehen. Die Ergebnisse zeigten, dass massive Vulkanausbrüche, aus der damals aktiven Flutbasaltprovinz "Sibirische Trapps", immense Mengen CO2 in die Atmosphäre freisetzten. Dies dauerte mehrere Jahrtausende und verursachte einen starken Treibhauseffekt in der Welt des späten Perm, der wiederum zu einer extremen Erwärmung und Versauerung des Ozeans führte. Dramatische Veränderungen in der chemischen Verwitterung an Land beeinflussten die Produktivität und den Nährstoffkreislauf im Ozean und führten schließlich zu einer massiven Sauerstoffarmut der Ozeane. All die Stressfaktoren löschten in ihrer Kombination eine Vielzahl von Organismengruppen aus. Dr. Jurikova sagt: "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".
Hana Jurikova fügt hinzu: "Uralte Vulkanausbrüche dieser Art sind nicht direkt mit den Kohlenstoffemissionen der Menschheit vergleichbar, und in der Tat sind alle modernen Reserven an fossilen Brennstoffen viel zu gering, um über Tausende von Jahren so viel CO2 freizusetzen wie vor 252 Millionen Jahren freigesetzt wurde. Aber es ist doch bemerkenswert, dass die CO2-Emissionsrate der Menschheit heute vierzehnmal höher ist als die jährliche Emissionsrate zu der Zeit, als die größte biologische Katastrophe in der Erdgeschichte stattfand".
Ein großer Teil der Arbeit wurde von der Forscherin am GEOMAR in Kiel geleistet, aber sie wechselte später an das GFZ in die Sektion Klimadynamik und Landschaftsentwicklung. Das "Sahnehäubchen" waren für sie die Ergebnisse aus dem SIMS-Labor unter der Leitung von Michael Wiedenbeck (Sektion Anorganische und Isotopengeochemie) am GFZ in Potsdam. Mit dem hochmodernen Sekundärionen-Massenspektrometer (SIMS) konnte die Isotopenzusammensetzung einer Schale direkt und im Mikrometerbereich gemessen werden. Damit war es möglich, die Bor-Isotopenzusammensetzung selbst in kleinsten Fragmenten von Brachiopodenschalen zu bestimmen. Je nach dem Versauerungsgrad der Meere unterscheiden sich die Kalkschalen der darin lebenden Organismen in ihrer chemischen Zusammensetzung geringfügig. Auf diese Weise lässt sich der pH-Wert längst ausgetrockneter Ozeane ermitteln, wenn die Überreste der Muscheln und anderen Lebewesen als Fossilien im Gestein erhalten blieben.
Diese Arbeit ist Teil des 'BASE-LiNE Earth' Innovative Training Network (ITN), das durch das Forschungs- und Innovationsprogramm Horizont 2020 der Europäischen Union finanziert wird (Nr. 643084).
Originalstudie: Jurikova H., Gutjahr M., Wallmann K., Flögel S., Liebetrau V., Posenato R., Angiolini L., Garbelli C., Brand U., Wiedenbeck M., Eisenhauer A. (2020): Permian-Triassic mass extinction pulses driven by major marine carbon cycle perturbations. Nature Geoscience, https://www.nature.com/articles/s41561-020-00646-4 .
Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Hana Jurikova
Wissenschaftlerin
Klimadynamik und Landschaftsentwicklung
Helmholtz-Zentrum Potsdam
Deutsches GeoForschungsZentrum GFZ
Telegrafenberg
14473 Potsdam
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E-Mail: hana.jurikova@gfz-potsdam.de
Wissenschaftlicher Kontakt:
Dr. Michael Wiedenbeck
Wissenschaftler
Anorganische und Isotopengeochemie
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