Waren Vulkanausbrüche die Ursache für das fünfte Massenaussterben?

Das fünfte Massenaussterben, das sich am Ende der Kreidezeit (vor etwa 66 Millionen Jahren) ereignete, beendete die über 150 Millionen Jahre dauernde Dinosaurier-Ära auf der Erde und ebnete den Weg für die Entstehung der Säugetiere.

Über die Ursache dieses Massensterbens wird noch immer heftig diskutiert. Unter ihnen sind der Ausbruch des Basaltbergs im Dekkan in Indien und der Asteroideneinschlag zwei gängige Ansichten. Der Zeitpunkt des Basaltausbruchs im Deccan und seine Auswirkungen auf die globale Umwelt sind ebenfalls wichtige Forschungsthemen auf diesem Gebiet.

Zu diesem Zweck hat das Nanjing Institute of Geology and Palaeontology der Chinesischen Akademie der Wissenschaften (im Folgenden „Nanjing Institute of Palaeontology“ genannt) in Zusammenarbeit mit Forschungsteams der Universität Tianjin, der China University of Geosciences (Peking) und anderen Institutionen eine detaillierte Studie der Aufzeichnungen des ersten Ausbruchs des Dekkan-Vulkans in Ostasien und der Reaktion der Seeumwelt und Biota auf dieses Aussterbeereignis durchgeführt. Die entsprechenden Forschungsergebnisse wurden am 18. Juli online in Geology veröffentlicht.

Wang Bo, der korrespondierende Autor des Artikels und Paläontologe in Nanjing, führte aus, dass die magmatische Provinz Deccan etwa 150.000 bis 300.000 Jahre vor dem Massenaussterben durch Intrusion und Ausbruch große Mengen an Treibhausgasen wie Kohlendioxid ausstieß, was möglicherweise zu einer globalen Erwärmung von 2 bis 5 °C geführt habe. In der Fachwelt wird es als spätes Maastricht-Erwärmungsereignis bezeichnet.

„Die Aufklärung des Mechanismus und des Prozesses dieses Erwärmungsereignisses kann wichtige Erkenntnisse zum Verständnis der Ursache des Massenaussterbens am Ende der Kreidezeit liefern und auch neue Erkenntnisse zu unserem Verständnis der Kopplungsbeziehung zwischen dem Kohlenstoffkreislauf und dem Treibhauseffekt Erde liefern.“ Wang Bo betonte: „Derzeit ist unser Verständnis dieses Ereignisses sehr begrenzt. Insbesondere dazu, ob sich in terrestrischen Sedimenten Aufzeichnungen im Zusammenhang mit dem ersten Ausbruch der Dekkan-Vulkane finden lassen und wie sich die Erwärmung am Ende des Maastrichtiums auf das terrestrische Ökosystem auswirkte, fehlten bisher entscheidende Beweise.“

Das Forschungsteam verwendete Kerndaten aus zwei Brunnen in der Provinz Shandong, die sich über die Grenze zwischen Kreidezeit und Paläogen (K/Pg) erstrecken, um auf der Grundlage hochpräziser Methoden der Biostratigraphie, Paläoökologie und Geochemie Untersuchungen zu Massenaussterbeereignissen durchzuführen. Die entsprechenden Forschungsergebnisse liefern überzeugende Belege für die Kopplungsbeziehung zwischen der Erwärmung des späten Maastrichtiums und dem ersten Ausbruch der Dekkan-Vulkane und zeigen, dass die Erwärmung auch erhebliche Auswirkungen auf die Umwelt und die Biota des Sees hatte.

Li Sha, der Erstautor des Artikels und assoziierter Forscher am Nanjing Institute of Paleontology and Paleontology, stellte vor, dass die beiden in dieser Studie untersuchten Bohrkerne zwei verschiedene Sedimentumgebungen darstellen – klastische Gesteinsablagerungen im Jiaolai-Becken und Karbonatgesteinsablagerungen im Pingyi-Becken. Da bei Vulkanausbrüchen große Mengen Quecksilber freigesetzt werden, die in den Erdschichten gespeichert werden, werden Quecksilberaufzeichnungen häufig als Indikator für vulkanische Aktivitäten verwendet. Proben aus beiden Bohrlöchern zeigen eine starke Hg-Anreicherung während des Erwärmungsereignisses am Ende des Maastrichtiums vor der Grenze zwischen Kreide und Paläogen.

Um die Auswirkungen der vulkanischen Aktivität im Dekkan auf die Seeumwelt und Biota zu untersuchen, führte das Forschungsteam auch Kohlenstoffisotopen- und paläontologische Studien durch und stellte fest, dass die organischen Kohlenstoffisotope im Jiaolai-Becken und die anorganischen Kohlenstoffisotope im Pingyi-Becken gleichzeitig starke negative Abweichungen zeigten, was darauf hindeutet, dass der Hauptpuls der großen magmatischen Provinz Dekkan enorme Auswirkungen auf Quecksilber und den globalen Kohlenstoffkreislauf hatte.

Die Studie ergab außerdem, dass die Biota der beiden Seen deutlich auf die Erwärmung reagierte. Die Artbildung von Armleuchteralgen und Muschelkrebsen im Jiaolai-Becken und im Pingyi-Becken war deutlich zu erkennen und die Artenvielfalt nahm zu. Im Ozean kam es zu einem teilweisen Aussterben planktonischer Foraminiferenarten, zu Zwergwuchs und zur Verbreitung katastrophaler Arten. Dies lässt darauf schließen, dass die Erwärmung am Ende des Maastrichtiums sowohl marine als auch terrestrische Ökosysteme über unterschiedliche Mechanismen beeinflusste.

„Unsere Ergebnisse zeigen, dass die vulkanische Aktivität des Dekkans auf der Erde für relativ warme Klimabedingungen sorgte. Diese Erwärmung könnte den globalen biogeochemischen Kreislauf näher an den kritischen Punkt eines außer Kontrolle geratenen Treibhauseffekts gebracht haben. Dies könnte die Grundvoraussetzung für das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit gewesen sein“, sagte Lisa. „Die Ergebnisse liefern neue Erkenntnisse für unser Verständnis der Beziehung zwischen vulkanischen Kohlenstoffemissionen und einer sich als Treibhauseffekt ausweisenden Erde und bieten zudem einen Anhaltspunkt für das Verständnis der Auswirkungen der heutigen globalen Erwärmung auf die Seenlandschaft und die Biota.“