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Tiefgreifende Wirkung

erstellt von holgerkroker zuletzt verändert: 19.06.2009 08:21

Seit vermutlich knapp vier Milliarden Jahren ist die Erde belebt. Und das Leben ist alles andere als ein höflicher Gast - es greift tief in die Mechanismen des Planeten ein und hat ihn drastisch verändert. Eines der einschneidendsten Ereignisse war dabei die Besiedlung der Kontinente durch Pflanzen. Auf der Jahrestagung der Europäischen Geowissenschaftlichen Union in Wien diskutierten Forscher die jüngsten Ergebnisse.

WaldDie Erde, wie wir sie kennen, ist ohne das Leben nicht denkbar. Sie ist keineswegs nur die Kulisse, vor der sich ihre Bewohner tummeln, denn diese haben sie in den vergangenen Milliarden Jahren tiefgreifend umgestaltet. Wie tief dieser Eingriff in den Planeten geht, wird den Geowissenschaftlern erst langsam bewusst. „Wir müssen uns die Erde als umfassendes System vorstellen, in dem alles zusammenhängt“, so Yves Godderis von der französischen Forschungsorganisation CNRS in Toulouse, „und das macht es nicht gerade einfach.“

Godderis und seine Kollegen vom Zentrum für Agrarforschung Cirad in Montpellier haben das gerade bei ihren Forschungen über das Klima der Erdvergangenheit erfahren. Sie modellierten dessen Entwicklung in einer kritischen Zeit, als nämlich die Pflanzen die Kolonisierung der Kontinente in Angriff nahmen. Das geschah im Devon, vor 450 bis 360 Millionen Jahren, „und das war“, betont Cirad-Forscherin Brigitte Meyer-Berthaud, „ein ganz entscheidender Schritt in der Entwicklung von Leben und Planet“. Die französische Paläobotanikerin vergleicht den Landgang der Pflanzen mit der Erfindung der Photosynthese überhaupt.

Fremdartige Wälder

Ein Begriff - verschiedene Bedeutungen. Der Wald in der Sibirischen Taiga.Damals schafften die Pflanzen den Sprung von einem grünen Überzug am Rand von Meeren, Seen oder Tümpeln zu ausgedehnten Gebüschen und Wäldern. Dabei waren die ersten Wälder auf der Erde eher schlicht. Farne beherrschten das Bild, oder so fremdartige Gewächse wie Prototaxites. Das waren bis zu drei Meter große Gewächse, von denen man noch nicht einmal genau weiß, ob sie Pflanzen oder Pilze, oder eine Symbiose aus beiden waren. „Es gibt mit Sicherheit eine Pilzkomponente in ihnen“, erklärt Meyer-Berthaud, „aber es ist noch unklar, ob sie auch Cyanobakterien enthielten und damit wie Pflanzen selbstversorgend waren oder ob sie reine Pilze waren, die anderes Material zersetzen mussten.“ Doch vor 380 Millionen Jahren, am Ende des mittleren Devon, gelang der Natur eine entscheidende Erfindung: der Baum. Die ersten Bäume griffen tief in das Ökosystem ein, denn mit ihren großen, tiefreichenden Wurzeln lockerten sie das Gestein auf und kurbelten so die Verwitterung an. Was bis dahin an Pflanzen die Kontinente besiedelt hatte, brauchte kaum Nährstoffe. Bäume waren da anders: Für ihren Holzaufbau saugten sie reichlich Calcium, Magnesium und anderes aus dem Boden und veränderte damit die Welt.

„Unsere Modellierung zeigt, dass der Landgang der Pflanzen den Gehalt an atmosphärischem CO2 auf ein Drittel verringerte“, erklärt Godderis, „und das hat eine Abkühlung des irdischen Klimas bewirkt.“ Für diese Abkühlung lassen sich Belege im Gestein finden: Sie wurde nach dem ersten Fundort Karoo in Namibia als Karoo-Eiszeit bezeichnet und soll vor 360 bis 260 Millionen Jahren immer wieder für ausgedehnte Gletscher auf den Kontinenten gesorgt haben. Soweit stimmt das Modell der Franzosen mit der bisherigen Sicht überein. Doch der Blick auf die Kontinente sorgte für eine Überraschung, so Godderis: „Obwohl der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre stark abnahm und damit das System in Richtung Abkühlung verschob, blieben die Temperaturen an Land konstant.“

Regenwald in AfrikaDiese Stabilisierung erreichten die Pflanzen offenbar hauptsächlich durch die Veränderung  in der Rückstrahlung des Sonnenlichts. Dieser so genannte Albedo-Effekt sorgt dafür, dass nur ein Teil der Sonnenenergie auch tatsächlich im Erdsystem ankommt, der Rest wird wieder zurück ins All gestrahlt. Eis und Schnee reflektieren bis zu 90 Prozent der Energie, offenes Wasser dagegen nur sechs Prozent, Land je nach Färbung zwischen zehn und 20 Prozent. Wird nun heller Boden von einem dunklen Blätterdach überschattet, so sinkt der Anteil der reflektierten Energie weiter, und das lässt die Temperaturen auf den Kontinenten ansteigen. Darüber hinaus kurbeln Pflanzen aber auch den Wasserkreislauf an. Sie verdunsten viel mehr Wasser als blanke Erde und sorgen so für Regenfälle. Das größte Urwaldgebiet der Erde am Amazonas versorgt sich auf diese Weise praktisch selbst mit Wasser. Die Bäume verdunsten so viel Wasser, dass der Dampf jeden Tag zu ergiebigen Regenwolken kondensiert.

Wasser kurbelt Verwitterung an

Dieser verstärkte Wasserkreislauf hat zwei Effekte, die in unterschiedliche Richtungen wirken: Das zusätzliche Wasser intensiviert die Verwitterung. "Die aber ist der auf lange Frist gesehen wirkungsvollste Mechanismus, Kohlendioxid aus der Erdatmosphäre zu entfernen“, betont James Kirchner, Geologieprofessor an der Universität von Kalifornien in Berkeley. Das Kohlendioxid in der Luft löst sich im Regenwasser und bildet dort Kohlensäure. Die greift die Steine an, löst Calcium heraus, das als Calciumhydrogenkarbonat ins Meer gespült wird. Dort fällt es als Kalk aus dem Wasser aus, rieselt auf den Meeresgrund und ist dort für nahezu endlose  Zeiträume gespeichert. Weniger Kohlendioxid in der Atmosphäre bedeutet eigentlich eine weitere Abkühlung, doch der vermehrte Wasserdampf in der Luft gleicht diesen Effekt aus.

Wasserdampf ist nämlich auch ein Treibhausgas und hat mit 60 Prozent den größten Anteil am irdischen Treibhauseffekt. Dieser Effekt ist dabei keineswegs ein schädlicher, vielmehr hebt er die Durchschnittstemperatur an der Planetenoberfläche von unwirtlichen -18 Grad auf erträgliche 16 Grad. Das Kitzlige für Modellierer wie Yves Godderis besteht nun darin, das Verhältnis dieser unterschiedlichen Einflüsse zueinander richtig zu erfassen. Godderis und seine Kollegen befinden sich für die Klimamodellierung des Devon auf einem guten Weg, aber beileibe noch nicht am Ziel. Ihr Algorithmus produziert noch viele Befunde, die mit der fossilen Überlieferung nicht übereinstimmen. Brigitte Meyer-Berthaud: „Es zeigt uns beispielsweise in manchen Gegenden, etwa im östlichen Nordamerika, Trockengebiete ohne jeglichen Pflanzenbewuchs, aber wir wissen, dass es dort Pflanzen gab, denn wir haben deren Fossilien gefunden.“

Dabei scheinen die Pflanzen auch ganz konkret die Oberfläche der Erde geformt zu haben. „Man könnte sagen, ohne Pflanzen gäbe es die Flüsse, wie wir sie kennen, nicht“, erklärt Neil Davies, Paläontologe an der kanadischen Dalhousie Universität in Halifax, Nova Scotia. Davies verglich rund um die Welt die Spuren von Flüssen aus den Zeiten vor und nach der Ankunft von Landpflanzen miteinander. „Die jüngsten Flüsse waren in Pennsylvania aus dem oberen Devon“, so Davies, „die ältesten waren in Kalifornien und stammten aus dem unteren Kambrium.“ Dazwischen lagen Stätten in Norwegen, Frankreich, Nevada, Spanien oder verschiedenen Provinzen Kanadas.

Pflanzen zwingen Flüsse in Form


RegenwaldDie Flüsse vor Ankunft der Pflanzen waren dabei nicht viel mehr als Regenwasserrinnen, die Wasser und große Sedimentmengen auf schnellstem Wege an die Küste transportierten. „Die meisten Flüsse führten vermutlich nur zeitweise Wasser, weil ihr Einzugsgebiet das Regenwasser nicht halten konnte“, so Davies. Je nach Stärke des Niederschlages kam es dann zu mehr oder weniger mächtigen Überschwemmungen, die jedes feine Sediment und auch viel Sand und Geröll ins Meer schwemmten. „Man sieht in dieser Zeit sehr viel feines Sediment tief auf dem Meeresgrund, aber nur sehr wenig Schlamm an Land“, so Davies.

Mit der Ankunft der Pflanzen änderte sich das Bild, „und das innerhalb nur weniger Millionen Jahre“, so Davies. Es entstanden Flussufer, das Wasser wurde in Betten und Schleifen gezwungen. Die Pflanzen stabilisierten mit ihren Wurzeln das lockere Sediment auf der Oberfläche, sie hielten auch die feinen, tonigen Partikel fest, die der Grundbaustein für Böden sind, sie waren es schließlich auch, die das Wasser für lange Zeit nach dem Regen speicherten und so kontinuierliche Flüsse ermöglichten. „Sobald es Pflanzen und Wurzeln gab, die die Flussufer zusammenhielten, sieht man Sedimentablagerungen an den Ufern und die typischen Mäander der heutigen Flüsse“, so Davies.

Verweise
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