08. Feb. 2018

Der US-Tauchroboter Jason an kürzlich geförderter Kissenlava amJuan-de-Fuca-Rücken vor der Westküste Nordamerikas.

Der Asteroideneinschlag am Ende der Kreidezeit hat den gesamten Vulkanismus der Erde extrem angeregt, nicht nur die notorischen Flutbasalte der Dekkan Traps in Indien. So lautet eine Hypothese zweier junger Geowissenschaftler, die sie auf der AGU-Herbsttagung in New Orleans vortrugen und jetzt in "Science Advances" detaillierter vorstellten. Erst gemeinsam, so die Vorstellung, lösten Einschlag und Eruptionen eine Umweltkrise aus, der 80 Prozent aller Tierarten der damaligen Erde zum Opfer fielen.

Für die Dinosaurier und ihre Verwandten in den Ozeanen und in der Luft kam das Ende schlagartig und global, als vor 66 Millionen Jahren ein Asteroid vor der mexikanischen Halbinsel Yucatán einschlug. Auf allen Kontinenten, in allen Ozeanbecken wurde eine der erfolgreichsten Tiergruppen der Erdgeschichte ausgelöscht, insgesamt starben 80 Prozent aller damals existierenden Tierarten aus. Nach wie vor ist unter Geowissenschaftlern heftig umstritten, ob der Chicxulub-Asteroid allein dazu überhaupt genug Zerstörungspotenzial aufbrachte. Mit viel Aufwand versucht man daher zu klären, wie sich der Mega-Einschlag auf das Erdsystem auswirkte.

Mittelozeanische Rücken halfen das Klima zu kippen

Die Indizien mehren sich zum Beispiel, dass das gewaltige Vulkansystem der Dekkan Traps auf dem Indischen Subkontinent erst direkt nach dem Einschlag so richtig in Fahrt kam. Obwohl die Ausbrüche schon lange zuvor begonnen hatten, wurden rund 80 Prozent des Flutbasalts in einem einzigen Eruptionsimpuls zum Zeitpunkt des Asteroideneinschlags gefördert. Zwei jungen Geowissenschaftlern von der University of Oregon zufolge hat der Impakt aber nicht nur die Dekkan Traps, sondern den gesamten Vulkanismus der Erde angeregt. "Es gibt eine weltweite Intensivierung des Vulkanismus", erklärt Joseph Byrnes, der inzwischen als Post-Doc an der Universität von Minnesota arbeitet, "rings um den Globus kommt es zu Ausbrüchen mit außergewöhnlich starken Eruptionen." Damit sei neben Asteroid und Flutbasalt ein dritter Faktor für das Ende des Erdmittelalters verantwortlich. Byrnes und sein Kollege Leif Karlstrom, Assistenzprofessor an der University of Oregon, stellten die Hypothese auf der Herbsttagung der Amerikanischen Geophysikalischen Union in New Orleans zur Diskussion, jetzt ist ein Bericht im Online-Journal "Science Advances" erschienen.

Im Zentrum stehen dabei weniger die klassischen Vulkane, deren Kegel hier und da auf dem Festland und in den Meeren emporragen, sondern die Zehntausende von Kilometer langen mittelozeanischen Rücken, die heute ebenso wie zur Kreidezeit die Ozeanbecken durchziehen. Damals wie heute werden an ihnen ungeheure Mengen von Lava gefördert, das Grundmaterial der ozeanischen Krustenplatten. Anders als die Einzelvulkane können die Rücken genügend Magma und Gas produzieren, um das Erdsystem aus dem Gleichgewicht zu bringen. "Es gibt eine Reihe von heiklen Befunden beim Wechsel von der Kreidezeit ins Paläogen, und wir glauben, dass ein verstärkter untermeerischer Vulkanismus einige erklären könnte", betont Joe Byrnes. Das gilt etwa für die Wasserchemie der Weltmeere. "Es gibt zu dieser Zeit eine bedeutende Änderung in der Meerwasserzusammensetzung", sagt er, "wir glauben, dass wir nach weiterer Erforschung zeigen können, dass diese mit der erhöhten Aktivität der mittelozeanischen Rücken zusammenfällt."

Schematische Darstellung eines mittelozeanischen Rückens mit hoher Spreizungsrate.

Schematische Darstellung eines mittelozeanischen Rückens mit hoher Spreizungsrate.

Bild: E. Paul Oberlander/WHOI Graphic Services/Joseph Byrnes
Markiert ist der Meeresboden, der vor rund 66 Millionen Jahren entstand. Schwarz sind die Zonen mit Spreizungsraten von weniger als 35 mm/Jahr, farbig die mit höheren Raten. Die Farben zeigen die Schwerefeldanomalie an.

Markiert ist der Meeresboden, der vor rund 66 Millionen Jahren entstand. Schwarz sind die Zonen mit Spreizungsraten von weniger als 35 mm/Jahr, farbig die mit höheren Raten. Die Farben zeigen die Schwerefeldanomalie an.

Bild: Byrnes and Karlstrom/Sci. Adv. 2018;4: eaao2994
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Schematische Darstellung eines mittelozeanischen Rückens mit hoher Spreizungsrate.

Bild: E. Paul Oberlander/WHOI Graphic Services/Joseph Byrnes

Markiert ist der Meeresboden, der vor rund 66 Millionen Jahren entstand. Schwarz sind die Zonen mit Spreizungsraten von weniger als 35 mm/Jahr, farbig die mit höheren Raten. Die Farben zeigen die Schwerefeldanomalie an.

Bild: Byrnes and Karlstrom/Sci. Adv. 2018;4: eaao2994

Geophysikalische Anomalien weisen die Spur

Die mittelozeanischen Rücken sind in Hunderten von Metern Wassertiefe aktiv, die Spurensuche dort ist um ein Mehrfaches schwieriger als im seichten Wasser des Chicxulub-Kraters oder gar an Land. Doch den beiden Geowissenschaftlern kommt die Geophysik zu Hilfe. "Es gibt eine von Geophysikern viel genutzte Datenbank der marinen Schwerkraftanomalien", berichtet Leif Karlstrom, "ihre Daten stammen zum großen Teil von Satelliten und sie dokumentiert die Stärke der Schwerkraft in einem bestimmten Gebiet." Die Schwerkraft ist direkt abhängig von der Masse und zeigt daher die lokale Materieverteilung in der Erdkruste an. "Wo es am Meeresboden mehr Masse gibt, ist auch die Schwerkraft stärker", erklärt Karlstrom. Wenn also die Mittelozeanischen Rücken durch den Asteroideneinschlag angeregt wurden und mehr Basalt förderten, sollte sich das als Schwereanomalie in der Datenbank finden lassen.

Karlstrom und Byrnes wurden tatsächlich fündig: Im Pazifischen und im Indischen Ozean entdeckten sie Abschnitte auffällig schwerer Krustenplatten, die ungefähr so alt wie der Chicxulub-Krater sind. "Wir können nicht genauer als eine Million Jahre sein, daher werden uns etliche Abschnitte entgangen sein, die nur während eines kürzeren Zeitraums auffällig waren", so Byrnes. Für den Atlantik weist die Karte auch nichts auf, was allerdings auch an den Kriterien liegen kann, die die beiden bei ihrer Datenbanksuche anlegten. Sie suchten nur nach Abschnitten, die schon im Normalzustand viel ozeanische Kruste produzieren, der Mittelatlantische Rücken gehört aber eher in die Kategorie der langsam spreizenden Rücken.

Bestätigung für Modellrechnungen

In ihrem Bericht präsentieren Byrnes und Karlstrom eine erste, allerdings äußerst ungenaue Abschätzung, zu welchem Ausstoß der Chicxulub-Impakt die mittelozeanischen Rücken angeregt haben könnte. Das zusätzliche Volumen könnten zwischen 20.000 und sechs Millionen Kubikkilometer Magma und entsprechend viel Gas gelegen haben. Während 20.000 Kubikkilometer wohl kaum einen nennenswerten Einfluss auf das Erdsystem gehabt haben dürften, sieht das bei sechs Millionen Kubikkilometer schon ganz anders aus, denn dieses Volumen stellt die gewaltigen Dekkan Traps spielend in den Schatten.

Es bleibt abzuwarten, was die Fachwelt von der Hypothese hält. Das Ende der Dinosaurier ist eines der am heftigsten umkämpften Themen der Geowissenschaften, eine extrem genaue Überprüfung ist den Daten und Schlussfolgerungen der beiden Geowissenschaftler von der University of Oregon gewiss. Erste Reaktionen auf der AGU-Herbsttagung waren allerdings positiv. Mark Richards, Geologieprofessor an der Universität von Kalifornien in Berkeley: "Die Ergebnisse von Byrnes und Karlstrom sind wirklich aufregend, weil sie Modellrechnungen mit unabhängigen Daten bestätigen." Richards gehört zu der Gruppe, die mit einer Kombination aus aktuellen Modellen und hochgenauen Altersdaten versucht die Chronologie des Kreide-Paläogen-Übergangs bis ins Detail zu rekonstruieren. 2015 stellte das Team mit Kern in Berkeley die bislang exakteste Chronologie des Dekkan-Trapp-Vulkanismus vor und synchronisierte ihn mit dem Chicxulub-Einschlag. "Wir sehen in unseren Modellrechnungen eine Aktivierung des Vulkanismus nach dem Einschlag", so Richards, "wir haben nur das Problem, dass jenseits der Dekkan Traps die Suche nach entsprechenden Gesteinsproben wie die Suche nach der Nadel im Heuhaufen ist." Die mittelozeanischen Rücken sind dagegen alles andere als eine Nadel, gut möglich, dass sich bei ihnen die Bestätigung für die Modellrechnung findet.