Am Ende des Perms vor 252 Millionen Jahren wurde die Erde durch ein Massenaussterben verwüstet, das mehr als 90 % der Arten auf dem Planeten auslöschte. Im Vergleich zu anderen Massensterben verlief die Erholung nach dem Großen Sterben langsam: Es dauerte mindestens 10 Millionen Jahre, bis der Planet wieder bevölkert war und seine Vielfalt wiederzuerlangen begann. Das größte Massensterben in der Erdgeschichte könnte durch einen starken El-Niño-Zyklus verursacht worden sein. Versteinerte Pollenkörner deuten darauf hin, dass auch ein tödlicher Puls ultravioletter (UV) Strahlung beim größten Massenaussterben der Erde eine Rolle gespielt haben könnte.
Vulkane, die vor 250 Millionen Jahren Kohlendioxid ausspuckten, erwärmten das Klima so sehr, dass extreme El-Niño-Ereignisse zur Norm wurden und einen Großteil des Lebens auf der Erde über seine Kapazität hinaus brachten. Das größte Massensterben in der Erdgeschichte könnte durch einen starken El-Niño-Zyklus verursacht worden sein.
Neue Forschungsergebnisse zeigen, dass eine Überladung der Atmosphäre mit Kohlendioxid zum Klimawandel führte, der wiederum vor etwa 250 Millionen Jahren, am Ende des Perm, zum Aussterben von 90 % der Arten auf der Erde führte. Die Entdeckung hat Auswirkungen auf die moderne Klimawissenschaft: Forscher wissen nicht, wie sich die aktuelle Erwärmung auf den El Niño-La Niña-Zyklus auswirken wird, aber selbst ein Bruchteil der Störungen, die durch das weltweit größte Artensterben verursacht werden, würden der Menschheit das Leben sehr schwer machen.
Das Leben blühte im Perm (vor 298,9 bis 251,9 Millionen Jahren). Der Superkontinent Pangäa war von üppigen Wäldern umgeben, in denen seltsame Reptilien neben Amphibien und summenden Insektenwolken umherstreiften. In den Ozeanen waren hoch aufragende Riffe die Heimat von Spiralnautilusen, Knochenfischen und Haien.
Und dann brach auf dem Gebiet des modernen Sibirien eine Reihe riesiger vulkanischer Verwerfungen aus. Diese als Sibirische Fallen bekannten Verwerfungen setzten große Mengen Kohlendioxid in die Luft frei. Schlimmer noch, sie brachen in einem Gebiet aus, das reich an Kohleflözen war, die ebenfalls in die Atmosphäre verdunsteten. Geologische Sedimente dieser Eruption wurden in Gesteinsschichten bis nach Südafrika gefunden.
Ein geologischer Querschnitt des Feldes aus der Studie ergab extreme Trockenheit vor 252 Millionen Jahren, ein Zeichen für Störungen im El Niño-La Niña-Zyklus. Eine neue Studie legt nahe, dass Vulkanausbrüche in Sibirien extreme El Niño-Ereignisse auslösten, die wiederum zum Massensterben am Ende des Perms führten, bei dem 90 % des Lebens auf der Erde ausstarben. Paul Wignall/Universität Leeds
Der leitende Studienautor Yadong Sun, ein Geowissenschaftler an der Universität für Geologische Wissenschaften in China, stellt seit langem eine Datenbank mit Zähnen aalähnlicher Lebewesen aus dem Perm, sogenannten Conodonten, zusammen, da Zähne Informationen über die Meerestemperaturen liefern können. Seine Daten zeigen, dass der westliche Teil des Ozeans durch Panthalassa – einen alten Ozean, der der Vorläufer des Pazifischen Ozeans war – zunächst wärmer war als der östliche. Dieser Gradient schwächte sich jedoch ab, als sich das Klima am Ende des Perm erwärmte, was zu wärmeren Temperaturen im Osten führte – ähnlich wie bei den heutigen El Niño-Ereignissen im Pazifischen Ozean.
Das Endergebnis, so Farnsworth, sei eine Reihe sehr schwerer und sehr lang anhaltender El Niños gewesen. Sun, Farnsworth und ihre Kollegen modellierten die Auswirkungen und zeigten, dass diese El Niño-Ereignisse an Land die bereits steigenden Temperaturen aufgrund der durch Kohlendioxid verursachten Erwärmung verstärken würden. Wälder und die von ihnen abhängigen Arten würden zuerst kämpfen und sterben. Wälder entziehen der Atmosphäre Kohlendioxid, so dass durch ihren Verlust noch mehr wärmespeichernder Kohlenstoff in der Luft verbleibt.
Es gab eine deutliche zeitliche Verzögerung zwischen dem Tod der Meeres- und Landfauna. Darüber hinaus begann das Aussterben der Meereslebewesen 17.000 Jahre früher als die starke Erwärmung der äquatorialen Gewässer von 26° auf 34°, was die Leistungsfähigkeit vieler Lebewesen deutlich überstieg. Das bedeutet, dass auch ein unsichtbarer „Killer“ am Werk war – möglicherweise ein Sauerstoffmangel im Ozean (Anoxie). Die Autoren der Studie lehnten diese Version jedoch ab, da in Zeiten hoher Sauerstoffsättigung in der Atmosphäre die Anoxie der Ozeane kaum zum Absterben von Landbiota hätte führen können, das vor der Meereskrise und lange vor dem Höhepunkt der Erwärmung einsetzte. Ein Beweis dafür ist das Verschwinden von Torfmooren und die Ersetzung von Gymnospermenwäldern durch Strauchökosysteme Zehntausende oder sogar Hunderttausende Jahre vor dem Absterben der Meeresbiota. Wissenschaftler haben mehrere Hypothesen für das Landsterben aufgestellt, von Metallvergiftung über Ozonabbau bis hin zu saurem Regen. Aber niemand konnte das volle Ausmaß der Spätperm-Krise erklären.
Experten wandten sich kurzfristigen Klimaereignissen zu, die auf jährlicher und dekadischer Ebene auftreten und große Schwankungen der Temperatur und der Wasserkreisläufe verursachen können. Sie verwendeten das HadCM3BL-Modell zur Vorhersage des globalen Klimas angesichts eines starken Anstiegs der Treibhausgasemissionen, Paläotemperaturdaten und Sedimentanalysen, um den Meeresoberflächentemperaturgradienten am Äquator – SST (Equatorial Sea Surface Temperature) – zu bestimmen und ein Modell zu erstellen der Atmosphäre-Ozean-Interaktion.
Dem resultierenden Modell zufolge sank der zonale SST-Gradient im Tethys-Ozean am Ende der Perm-Periode von 7–10°C auf 1–4° an der Grenze der geologischen Perioden. Diese und andere große Veränderungen der Ozeanparameter haben zu einer Abschwächung der Walker-Zirkulation geführt, einem meteorologischen Phänomen der Durchmischung der unteren Atmosphäre über dem Ozean in den Tropen. All dies verursachte El Niño – Temperaturschwankungen in der oberen Schicht des tropischen Ozeans.
Der heutige El Niño dauert 9–12 Monate; im Pliozän dauerte er drei Millionen Jahre. Es gibt Debatten darüber, inwieweit die Klimaerwärmung dieses Phänomen verstärkt. Das von den Autoren der neuen wissenschaftlichen Arbeit erstellte Modell zeigte jedoch, dass am Ende des Perms die Stärke und Dauer von El Niño zunahm. Dadurch herrschte auf dem Planeten ein sehr warmes und äußerst instabiles Klima.
Während des starken El Niños gelangt die in den Ozeanen gespeicherte Wärmeenergie auf das Land und verursacht schwere Dürren und extreme Hitzewellen. Heutzutage wird dies in der Äquatorzone beobachtet und betrifft die Wälder des Amazonas und Zentralafrikas.
In Meeresbiota führen starke Hitzewellen während El Niño auch heute noch zum Bleichen von Korallenriffen und zum Absterben von Plankton. Dies hätte am Ende des Perms beinahe zu einer Katastrophe von planetarischem Ausmaß geführt.
Ein tödlicher Puls ultravioletter (UV) Strahlung könnte beim größten Massenaussterben der Erde eine Rolle gespielt haben, wie versteinerte Pollenkörner zeigen. Die Analyse ergab, dass Pollen, die auf das Massensterben im Perm und der Trias vor etwa 250 Millionen Jahren zurückgehen, „Sonnenschutz“-Verbindungen produzierten, die vor schädlicher UV-B-Strahlung schützten. Zu diesem Zeitpunkt waren etwa 80 % aller Meeres- und Landarten ausgestorben.
Für die in der Fachzeitschrift „Science Advances“ veröffentlichte Studie entwickelte ein Team internationaler Wissenschaftler eine neue Methode zur Verwendung eines Laserstrahls zur Untersuchung winziger Körner, die etwa halb so breit wie ein menschliches Haar sind und in im Süden Tibets entdeckten Felsen eingebettet gefunden wurden. laut Aussage.
Dimetrodon war eines der Lebewesen, die im Perm lebten. Mark Garlick/Science Photo Library
Pflanzen nutzen die Photosynthese, um Sonnenlicht in Energie umzuwandeln, benötigen aber auch einen Mechanismus, um schädliche UVB-Strahlung zu blockieren. In diesem Fall würde der Strahlungsschub die Pflanzen nicht vollständig töten, sondern sie eher verlangsamen und ihre Fähigkeit zur Photosynthese verringern, was sie schließlich unfähig machen würde, sich zu vermehren.
Experten spekulieren seit langem, dass das Perm-Trias-Aussterben, das als eines der fünf großen Aussterbenereignisse der Erde eingestuft wird, eine Reaktion auf einen „Paläoklima-Notstand“ war, der durch den Ausbruch der Siberian Traps, einem großen Vulkanereignis im heutigen Sibirien, verursacht wurde. Der katastrophale Vorfall drückte tief in der Erde vergrabene Kohlenstofffahnen in die Stratosphäre, was zu einer globalen Erwärmung führte, die „den Zusammenbruch der Ozonschicht der Erde verursachte“, so die Forscher.
In dieser Arbeit verwendetes Pollenkörner. Seine Größe beträgt etwa halb so breit wie ein menschliches Haar. Liu Feng/Nanjing Institut für Geologie und Paläontologie
In ihrer Studie fanden die Wissenschaftler auch einen Zusammenhang zwischen dem Anstieg der UV-B-Strahlung und der Art und Weise, wie diese die Chemie des Pflanzengewebes veränderte, was zu „einem Verlust der Insektenvielfalt“ führte. In diesem Fall wurden Pflanzengewebe für Pflanzenfresser weniger schmackhaft und weniger verdaulich.
Da Pflanzenblätter weniger Stickstoff enthielten, waren sie für die Insekten, die sie fraßen, nicht nahrhaft genug. Dies könnte erklären, warum die Insektenpopulationen während dieses Aussterbens stark zurückgingen. Insekten kommen bei Massenaussterben oft unversehrt davon, nicht jedoch während dieser Aussterbeperiode.
Nach dem Großen Sterben dauerte es Millionen von Jahren, bis sich das Leben auf der Erde erholte. Mikroorganismen können die langsame Erholung nach dieser Zeit erklären.
Am Ende des Perms vor 252 Millionen Jahren wurde die Erde durch ein Massenaussterben verwüstet, das mehr als 90 % der Arten auf dem Planeten auslöschte. Im Vergleich zu anderen Massensterben verlief die Erholung nach dem Großen Sterben langsam: Es dauerte mindestens 10 Millionen Jahre, bis der Planet wieder bevölkert war und seine Vielfalt wiederzuerlangen begann.
Jetzt haben Wissenschaftler möglicherweise herausgefunden, was die Erholung der Erde verzögert hat. Eine Gruppe winziger Meeresorganismen namens Radiolarien verschwand durch Aussterben. Ihr Fehlen veränderte die Meeresgeochemie radikal und führte zu einer Art Tonbildung, die Kohlendioxid freisetzte. Diese Freisetzung von Kohlendioxid hielt die Atmosphäre warm und die Ozeane sauer und verlangsamte dadurch die Erholung des Lebens, erklärten die Wissenschaftler in einem in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlichten Artikel.
Der Co-Autor der Studie, Clement Bataille, heute Professor für Erd- und Umweltwissenschaften an der Universität von Ottawa in Kanada, sagte gegenüber WordsSideKick.com, dass solche extremen Bedingungen seit Hunderten von Millionen Jahren, vor der Entstehung allgegenwärtigen Lebens, auf der Erde nicht mehr beobachtet worden seien.
„Es zeigt nur, wie viel wir über diese biogeochemischen Kreisläufe nicht wissen und wie eine kleine Änderung ein System sehr schnell aus dem Gleichgewicht bringen kann“, sagte Bataille.
Bataille arbeitete als Postdoktorand im Labor von Xiao-Ming Liu, einem Geochemiker an der University of North Carolina in Chapel Hill, an der Forschung. Forscher haben versucht, Veränderungen im Erdklima am Ende des Perms (vor 298,9 Millionen–251,9 Millionen Jahren) und zu Beginn der Trias (vor 251,9 Millionen–201,3 Millionen Jahren) zu verstehen. Das Team wollte einen Prozess namens chemische Verwitterung untersuchen, bei dem Gesteine an Land zerfallen und Kalzium freisetzen, das in die Ozeane gelangt. Dort verbindet sich Kalzium mit Kohlendioxid (CO2) zu Karbonatgesteinen. Je wärmer das Klima, desto schneller erfolgt die Verwitterung, da chemische Reaktionen bei höheren Temperaturen schneller ablaufen und mehr fließendes Wasser mehr Erosion bedeutet. Dadurch entsteht eine Rückkopplungsschleife, die die globalen Temperaturen steuert: Wenn es wärmer wird und die Verwitterung schneller voranschreitet, gelangt mehr CO2 ins Meer und wird in den Meeresgesteinen eingeschlossen, was zur Abkühlung des Klimas beiträgt. Wenn das Klima abkühlt, verlangsamt sich die Verwitterung und es wird weniger CO2 in den Meeresgesteinen eingeschlossen, wodurch verhindert wird, dass es zu kalt wird.
Aber es gibt noch einen anderen Prozess, der im Ozean stattfinden kann, die sogenannte umgekehrte Verwitterung. Dies geschieht, wenn das Mineral Silizium reichlich vorhanden ist und auf dem Meeresboden neuen Ton bildet. Bei umgekehrter Verwitterung setzen diese Tone mehr CO2 frei, als die Karbonatgesteine aufnehmen können.
Silizium kommt in modernen Ozeanen nicht so häufig vor, da es von winzigen Planktonorganismen zur Bildung ihrer Schalen verbraucht wird, so dass es selten zu umgekehrter Verwitterung kommt. Ebenso absorbierten winzige Organismen, sogenannte Radiolarien, im Perm fast das gesamte Silizium und hielten so die Rückverwitterung auf ein Minimum.
All dies könnte sich jedoch im späten Perm und in der frühen Trias geändert haben. Zu diesem Zeitpunkt verschwanden die siliziumreichen Gesteine, die aus unzähligen Radiolarienschalen bestanden, was darauf hindeutet, dass Radiolarien verschwunden sein könnten. Gleichzeitig wurde das Gleichgewicht bestimmter molekularer Varianten in Meeresgesteinen gestört, fanden Bataille, Liu und ihre Kollegen heraus.
Die Forscher untersuchten Lithiumisotopenverhältnisse. Isotope sind Versionen eines Elements mit etwas anderen Atommassen als normal, weil ihre Kerne eine unterschiedliche Anzahl von Neutronen enthalten. Aufgrund ihres unterschiedlichen Gewichts werden unterschiedliche Lithiumisotope bei der Neubildung von Tonen, die bei der Rückverwitterung auftritt, in unterschiedlichen Anteilen absorbiert. Die Forscher fanden heraus, dass einige Lithiumisotope kurz vor dem Großen Untergang praktisch aus dem Ozean verschwanden und sich während der Trias etwa 5 Millionen Jahre lang nicht erholten. Dies zeichnet das Bild einer Welt, in der der Verlust von Radiolarien dazu führte, dass der Ozean mit Kieselsäure gefüllt war, was zu einer umgekehrten Verwitterung führte, sagte Bataille. Das durch die umgekehrte Verwitterung freigesetzte CO2 hat möglicherweise die damals auftretende CO2-einfangende chemische Verwitterung unterdrückt und dadurch das Klima überhitzt gehalten. Das Leben würde unter solchen Bedingungen schwierig sein.
Dies sei der erste direkte Beweis dafür, dass zu diesem Zeitpunkt eine umgekehrte Verwitterung stattgefunden habe, sagte Hana Jurikova, Meeresbiogeochemikerin an der University of St. Andrews in Schottland. Yurikova war an der Studie nicht beteiligt, verfasste jedoch einen Leitartikel zu dem Artikel in der Zeitschrift Nature Geoscience.