08. Mär. 2018

Blick auf die Kreidekliffs von Eastbourne, westlich von Dover, die die am besten aufgelöste Chronologie der Mittleren Kreide lieferten.

Gleich mehrfach finden die Geologen in den Gesteinsschichten der Kreidezeit Hinweise auf dramatische Umwälzungen in den Ozeanen. Für selbst geologisch lange Zeiträume blieb während der jüngsten Dinosaurierperiode den Weltmeeren großflächig der Sauerstoff weg. Bei dem stärksten dieser sogenannten Ozeanischen Anoxischen Ereignisse starben rund zwei Drittel der bekannten Meerestierarten aus. Wissenschaftler aus Großbritannien und Neuseeland haben dieses Ereignis vor 94 Millionen Jahren näher untersucht. In den Abhandlungen der US-Akademie der Wissenschaften berichten sie, dass es sich tatsächlich um zwei Ereignisse kurz hintereinander handelte.

Die Kreide wird allgemein als Blütezeit des Erdmittelalters angesehen. Die Dinosaurier zeigten ihre größte Artenvielfalt, Säugetiere und Vögel erklommen einen frühen Höhepunkt und auch die Pflanzenwelt differenzierte sich stärker aus als jemals zuvor. Doch die glanzvolle Fassade hatte ihre Risse. Gleich mehrfach wurde beispielsweise in den Ozean der Sauerstoff dramatisch knapp, in der Oberkreide vor rund 94 Millionen Jahren sogar so sehr, dass zwei Drittel aller bekannten Meerestierarten ausstarb – ein Menetekel des endgültigen Untergangs, der knapp 30 Millionen Jahre später kam. Unter den Opfern in der Oberkreide waren so charakteristische Vertreter wie die delphinartigen Ichthyosaurier, die 150 Millionen Jahre lang die Weltmeere beherrscht hatten.

Das sogenannte Ozeanische Anoxische Ereignis 2, auch nach seinem Entdecker Bonarelli-Horizont genannt, ist an vielen Orten der Welt deutlich sichtbar. "Rings um die Welt findet man dicke schwarze Ablagerungen, die reich an organischem Material sind, entdeckt wurden sie schon Ende der 60er, Anfang der 70er Jahre", berichtet Matthew Clarkson, Wissenschaftler an der Eidgenössischen Technischen Hochschule in Zürich. Der Organikreichtum ist auf Sauerstoffmangel zurückzuführen, weil so die Bakterien den Reichtum an Biomaterial, der auf den Meeresboden sank, nicht mehr zersetzen konnten. Clarkson hat zusammen mit Kollegen aus Großbritannien und Neuseeland die Sauerstoffmangelzeit vor 94 Millionen Jahre weiter aufgeschlüsselt. "Das Erstaunliche ist, dass wir nicht ein langes Ereignis, sondern zwei kürzere gefunden haben, zwischen denen sich die Situation für 100.000 bis 150.000 Jahre wieder normalisierte", so Clarkson.

Kreidefelsen von Eastbourne liefern Chronologie der Sauerstoffnot

Die Forscher haben für den fraglichen Zeitraum von rund 900.000 Jahren eine hochaufgelöste Chronologie mit Hilfe von Uran aufgestellt. Allerdings haben sie sich nicht die typischen schwarzen Ablagerungen vorgenommen, sondern weiße Kalkschichten wie etwa die Kreidefelsen an der Südküste Englands. Das Uran diente ihnen dabei nicht als Datierungshilfe, sondern es zeigte den Sauerstoffgehalt in der jeweiligen Meeresumwelt an. Uran kommt in geringen Spuren im Meerwasser vor. "So lange Sauerstoff im Wasser ist, bleibt das Uran gelöst, doch wenn die Ozeane anoxisch werden, fällt das Uran aus und lagert sich mit dem Sediment am Meeresboden ab", erklärt Clarkson die Methode. Weil die chronologische Stufe, die den Bonarelli-Horizont enthält, zum Beispiel im Kreidekliff des Seebades Eastbourne volle 18 Meter Kalkstein einnimmt, fällt die Chronologie ziemlich detailliert aus.

Blick auf den Bonarelli-Horizont in den Kalkfelsen von Furlo im Zentralapennin Italiens.

Blick auf den Bonarelli-Horizont in den Kalkfelsen von Furlo im Zentralapennin Italiens.

Bild: PNAS
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Blick auf den Bonarelli-Horizont in den Kalkfelsen von Furlo im Zentralapennin Italiens.

Bild: PNAS

In einem zweiten Schritt haben die Forscher dann ihre Chronologie-Daten und alle anderen verfügbaren geologischen Informationen über die Sauerstoffmangelzeit in ein Modell eingebracht, mit dem sie die Ereignisfolge von damals nachstellten. "Wir glauben, dass sich Folgendes abspielte", meint Clarkson: Gewaltige Vulkanausbrüche, einmal in der Karibik und einmal in Madagaskar ließen bei beiden Mangelphasen zunächst die Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre in die Höhe schnellen. "Das erhöhte die Globale Mitteltemperatur um ein bis zwei Grad für rund 100.000 bis 150.000 Jahre", so Matthew Clarkson. Ein bis zwei Grad mehr in einer der ohnehin schon wärmsten Perioden der Erdgeschichte setzten eine rapide Kaskade von Prozessen in Gang. Die Verwitterung auf den Kontinenten lief auf Hochtouren, gleichzeitig verstärkten sich die Regenfälle, die all das verwitterte Material in die Flüsse spülten. "Das brachte Nährstoffe in die Ozeane, die dort die Primärproduktion von Algen zu Höchstleistungen veranlaßte", so der junge Forscher.

Sauerstoffmangel auf den Kontinentalschelfen

Die Algenblüte hatte allerdings ihren Preis, denn als die Algen abstarben, überforderte die Unmenge an Biomasse selbst die hoch effizienten Bakteriengemeinschaften, die normalerweise die Resteverwertung am Meeresgrund übernehmen. "Die Zersetzung der Biomasse erfordert Sauerstoff", so Clarkson, "und nach diesen Algenblüten war der in Bodennähe einfach nicht mehr vorhanden." Die Sauerstoffmangelzonen breiteten sich immer weiter aus, am Ende war in vielleicht zehn bis 15 Prozent der Ozeane Sauerstoff zur Mangelware geworden.

Da sich diese Zonen vor allem an den Kontinentalschelfen ausdehnten, auf denen sich damals wie heute die vielfältigsten und reichhaltigsten Ökosysteme befanden, hatten sie einen überproportionalen Einfluss auf das Wohlergehen der Meeresfauna. Gerade die großen Meeresräuber wie die Ichthyosaurier bekamen das zu spüren, denn sie brauchten einerseits sehr viel Sauerstoff und andererseits sehr viel Beute, um ihre Hochleistungskörper zu unterhalten. Beides fehlte schließlich und die Herren der Weltmeere für mehr als 150 Millionen Jahre starben aus.

Ähnlichkeit mit heutiger Zeit

Der Ablauf erinnert verblüffend den Vorgängen, wie sie sich heutzutage in überdüngten Zonen abspielen, etwa in Teilen der Ostsee oder vor den Mündungen großer Flüsse wie des Mississippi. "Was dort geschieht hat noch nicht die Ausmaße von damals", betont Matthew Clarkson, "aber der Prozess ist derselbe." Der Geowissenschaftler befürchtet, dass die Modellrechnungen seiner Arbeitsgruppe einen Vorgeschmack dessen geben, was die modernen Weltmeere in der Zukunft erwartet. In dieselbe Richtung argumentierten auch Wissenschaftler der Woods Hole Oceanographic Institution, des großen Meeresforschungszentrums aus der Nähe von Boston, die im vergangenen Jahr die Sauerstoffabnahme vor dem Ocean Anoxic Event 2 mit der heutzutage gemessenen verglichen und in "Science Advances" veröffentlichten. "Unsere Ergebnisse zeigen, dass beide Abnahmeraten überraschend ähnlich sind, wir wissen zwar nicht, ob unsere Ozeane sich in Richtung eines weiteren Anoxischen Ereignisses bewegen, aber der Trend bereitet uns Sorgen", berichtete damals der Geochemiker Sune Nielsen.