21. Okt. 2019
Gemälde von Donald E. Davis, das den Asteroideneinschlag in der Halbinsel Yucatán darstellt.

Gemälde von Donald E. Davis, das den Asteroideneinschlag in der Halbinsel Yucatán darstellt.

Das Ende des Dinosaurierzeitalters ist durch eines der schwersten Massenaussterben der Erdgeschichte markiert. Eine Arbeitsgruppe von der Universität Yale hat jetzt im Detail untersucht, was in den Weltmeeren passierte als von einem Jahr aufs andere die Welt des Erdmittelalters unterging. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten die Forscher von ihrer Arbeit.

"Ein Asteroideneinschlag ist ein großes, aber sehr kurzes Ereignis. Wir wußten also, dass es sehr schwer werden würde, in den Sedimentbohrkernen der Tiefsee Material zu finden, das den Impakt überliefert, weil sich das Sediment dort nur sehr langsam ansammelt. Aber wir hatten Glück", berichtet Michael Henehan, PostDoc am Deutschen Geoforschungszentrum in Potsdam, über sein letztes Projekt an der Eliteuniversität Yale in den USA, bevor er ans GFZ wechselte.

Die Kreide-Paläogen-Grenze in den Sedimenten der Höhle im niederländischen Geulhemmerberg.

Die Kreide-Paläogen-Grenze in den Sedimenten der Höhle im niederländischen Geulhemmerberg.

Bild: GFZ/Michael J. Henehan
Die Iridiumlage, die den Asteroideneinschlag an der Grenze von Kreidezeit und Paläogen markiert. Zu sehen ist ein Aufschluss im Climax Canyon Park, Raton, New Mexico, USA.

Die Iridiumlage, die den Asteroideneinschlag an der Grenze von Kreidezeit und Paläogen markiert. Zu sehen ist ein Aufschluss im Climax Canyon Park, Raton, New Mexico, USA.

Bild: Wikimedia Commons/Expeditionradio (CC BY-SA 4.0)
Die Foraminifere Heterohelix globulosa von der Kreide-Paläogen-Grenze im niederländischen Sedimentkern.

Die Foraminifere Heterohelix globulosa von der Kreide-Paläogen-Grenze im niederländischen Sedimentkern.

Bild: GFZ/Michael J. Henehan
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Die Kreide-Paläogen-Grenze in den Sedimenten der Höhle im niederländischen Geulhemmerberg.

Bild: GFZ/Michael J. Henehan

Die Iridiumlage, die den Asteroideneinschlag an der Grenze von Kreidezeit und Paläogen markiert. Zu sehen ist ein Aufschluss im Climax Canyon Park, Raton, New Mexico, USA.

Bild: Wikimedia Commons/Expeditionradio

Die Foraminifere Heterohelix globulosa von der Kreide-Paläogen-Grenze im niederländischen Sedimentkern.

Bild: GFZ/Michael J. Henehan

Das Glück bestand in einer Exkursion nach einer Tagung in Amsterdam. Sie führte in eine Höhle in der niederländischen Provinz Limburg, in der sich Sedimente erhalten haben, die die Kreide-Paläogen-Grenze archivierten. Die Höhle, die heute tief im Landesinneren liegt, war damals Teil eines Küstenmeeres. "Und dort fanden wir dicke Ton-Schichten aus der Wechselzeit", so Henehan. Mit etlichen Kilogramm Sediment im Gepäck flogen die Forscher zurück in ihre Labore in New Haven und ergänzten mit diesen Randmeer-Sedimenten die Tiefsee-Bohrkerne. Heraus kam die äußerst detaillierte Chronologie eines katastrophalen Einschnitts in der Erdgeschichte.

Danach hat es unmittelbar nach dem Einschlag einen drastischen Versauerungsschub in den Weltmeeren gegeben. Um mindestens 0,25 Einheiten sank der pH-Wert innerhalb von nur 1000 Jahren ab. Zum Vergleich: die derzeitige Ozeanversauerung durch die anthropogene Treibhausgasbelastung der Atmosphäre beträgt 0,11 Einheiten gegenüber dem Stand von vor 250 Jahren. In den folgenden 40.000 Jahren stieg der pH-Wert dann um 0,5 Einheiten, die vormals versauerten Meere wurden auf einmal basischer als sie während der gesamten Kreidezeit gewesen waren. Und erst nach weiteren 80.000 Jahren hatte sich die Meereschemie wieder auf einen Mittelwert wie vor dem Einschlag eingependelt.

Drastische Umweltänderungen setzten Organismen lange Zeit zu

Für die Organismen in den Weltmeeren bedeutete das Unheil, denn die heftigen Schwankungen erschütterten die Basis der Nahrungspyramide, die kalkschaligen Mikroalgen. Je saurer das Wasser ihrer Umgebung ist, um so schwerer fällt ihnen der Aufbau ihrer schützenden Kalkpanzer. "Sie mussten erst mit einem Versauerungsschub fertig werden, den nur diejenigen überlebten, die mit möglichst sauren Verhältnissen klarkamen", so Henehan, "und plötzlich wurden diese säureangepassten Arten mit einem noch drastischeren Ausschlag in die basische Richtung konfrontiert. Damit kamen sie nicht gut zurecht." Für Henehan und seine Kollegen liegt in diesen drastischen Umweltschwankungen die Erklärung, warum die Ökosysteme in den Weltmeeren rund eine Million Jahre brauchten, um sich von Krise an der Kreide-Paläogen-Grenze zu erholen.

Nachdem anfangs wohl gut die Hälfte der marinen Primärproduktion ausgefallen war, breiteten sich die Kalkalgen schließlich doch wieder aus. Als Rückzugsräume hatten sich offenbar die Küstengebiete bewährt, in denen der Versauerungsschub schwächer ausfiel als in der Hohen See. Es sei auch ganz einleuchtend, warum das so gewesen sei, meint Michael Henehan. "Die Ozeanversauerung wurde durch Sauren Regen hervorgerufen. An Land aber traf dieser Saure Regen auf Gestein und wurde dadurch abgepuffert, so dass das Wasser, das die Flüsse in die Küstenmeere transportieren, bei weitem nicht so sauer war."

Kein Hinweis auf Rolle der Dekkan Trapps

Die Information über den pH-Wert des damaligen Ozeanwassers steckt dabei im Verhältnis verschiedener Bor-Isotope, die kalkbildende Algen versehentlich in ihre Panzer einbauten und so für die Nachwelt konservierten. In dieser hochaufgelösten Katastrophenchronik fanden die Forscher überraschenderweise kaum einen Hinweis auf die massiven Vulkanausbrüche der Dekkan Trapps, die ebenfalls als Ursache des Untergangs der Dinosaurierwelt in Frage kommen.

Henehan und seine Kollegen können in den Jahrhunderttausenden vor dem Chixculub-Einschlag zwar eine Erwärmung der Meerestemperatur erkennen. "Interessanterweise war dieser Trend aber schon vor dem Einschlag wieder beendet und die Wassertemperaturen hatten ihr Ursprungsniveau wieder erreicht", so Henehan. Die Turbulenzen in der Wasserchemie sind nach den Ergebnissen seiner Arbeitsgruppe nicht auf die gewaltigen Lavaflüsse in Indien zurückzuführen. "Dafür sind einfach keine Indizien vorhanden", sagt der GFZ-Mitarbeiter.