Im Karnium, einem rund sieben Millionen Jahre langen Zeitabschnitt in der Obertrias, gab es vor 234 bis 232 Millionen Jahren eine Phase mit besonders intensiven Niederschlägen, die Karnische Pluvialepisode. Temperatur und Luftfeuchtigkeit stiegen in dieser Phase stark an, was gravierende Auswirkungen auf die Tier- und Pflanzenwelt hatte. Unter anderem entstanden zu dieser Zeit die Nadelbäume und die Dinosaurier breiteten sich aus. Bekannt war bereits, dass die Karnische Pluvialepisode von großen Vulkanausbrüchen geprägt war. Kausale Zusammenhänge ließen sich bislang allerdings nicht herstellen.
Spurensuche im Sediment
Ein Team um Jing Lu von der Chinesischen Universität für Bergbau und Technologie in Peking hat nun anhand von Sedimentanalysen eines Sees im nordchinesischen Jiyuan-Becken die vulkanische Aktivität während der Karnischen Pluvialepisode nachverfolgt und dargestellt, wie die Vulkanausbrüche dazu beigetragen haben, Klima, Flora und Fauna zu verändern. Lu und seine Kollegen untersuchten die chemische Zusammensetzung verschiedener Sedimentschichten und analysierten zudem die Sporen und Pollen in diesen Sedimentschichten.
Die chemischen Analysen ergaben, dass in einigen Schichten im Sediment des Sees eine erhöhte Menge an Quecksilber angereichert ist – ein typisches Zeichen für Ablagerungen nach Vulkanausbrüchen. Die Verteilung des Quecksilbers, kombiniert mit der Gesamtmasse und Zusammensetzung organischen Kohlenstoffs in den jeweiligen Schichten, lässt darauf schließen, dass es vier voneinander abgegrenzte Phasen mit starker vulkanischer Aktivität gab. Diese führten nicht nur zu Quecksilberablagerungen, sondern auch zu einem erhöhten Kohlenstoffeintrag und einer Vertiefung des Sees in Folge verstärkter Niederschläge.
Vulkanismus mit globalen Ausmaßen
Die Forscher gehen davon aus, dass die Vulkanausbrüche, die ihre Spuren im Sediment des Sees hinterlassen haben, globale Ausmaße hatten. „Es ist zwar möglich, dass es eine lokale vulkanische Quelle für das gefundene Quecksilber gibt, doch ist es wahrscheinlich, dass die Quecksilber-Anreicherung aus einer größeren vulkanischen Quelle stammt, die in der Lage war, den globalen Kohlenstoffzyklus zu beeinflussen“, schreiben sie. Als wahrscheinlichste Quelle sehen die Forscher die magmatische Großprovinz Wrangellia im westlichen Nordamerika. Dazu passen auch geologische Befunde aus anderen Regionen der Welt.
Den Ergebnissen zufolge ging jede Phase von Vulkanausbrüchen einher mit großen Störungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs: Jeder Ausbruch setzte große Mengen CO2 in die Atmosphäre frei. Im untersuchten See sorgte das für einen erhöhten Nährstoffeintrag und einen sinkenden Sauerstoffgehalt. Viele Wassertiere konnten unter diesen Bedingungen nicht überleben. Zugleich trieb das CO2 die Klimaerwärmung voran und sorgte für wärmere, feuchtere Bedingungen – und damit für neue ökologische Nischen an Land.
Neue Tiere und Pflanzen
„Unsere Ergebnisse zeigen, dass große Vulkanausbrüche in mehreren, diskreten Impulsen auftreten können, was ihre Fähigkeit unterstreicht, den globalen Kohlenstoffkreislauf zu verändern, Störungen des Klimas und des Wasserhaushalts zu verursachen und evolutionäre Prozesse voranzutreiben“, sagt Co-Autorin Sarah Greene von der Birmingham University. Ihr Kollege Jason Hilton fasst zusammen: „Innerhalb von zwei Millionen Jahren hat sich die Tier- und Pflanzenwelt der Erde grundlegend verändert, einschließlich des selektiven Aussterbens im Meer und der Diversifizierung von Pflanzen- und Tiergruppen an Land. Unsere Forschung zeigt, dass diese Periode in vier verschiedene Ereignisse unterteilt werden kann, die jeweils durch voneinander abzugrenzende Impulse starker vulkanischer Aktivität in Verbindung mit enormen Freisetzungen von Kohlendioxid in die Atmosphäre ausgelöst wurden.“
Seine Kollegin Emma Dunne, die nicht an der Studie beteiligt war, fügt hinzu: „Diese relativ lange Periode vulkanischer Aktivität und Umweltveränderungen hatte erhebliche Folgen für die Tiere an Land. Zu dieser Zeit hatten die Dinosaurier gerade begonnen, sich zu diversifizieren, und es ist wahrscheinlich, dass sie ohne dieses Ereignis niemals ihre ökologische Dominanz erreicht hätten, zu der sie es in den nächsten 150 Millionen Jahren brachten.“
Quelle: Jing Lu (China University of Mining and Technology, Peking) et al., Proceedings of the National Academy of Sciences, doi: 10.1073/pnas.2109895118
