17. Nov. 2017

Abend im Embakai-Krater, einem erloschenen Vulkan in der Nähe des Oldoinyo Lengai.

Geosphäre, Atmosphäre und Biosphäre bilden auf der Erde ein zusammenhängendes System, das sich seit vielen Hundert Millionen Jahren gegenseitig beeinflusst. Geowissenschafter des Deutschen Geoforschungszentrums in Potsdam (GFZ) haben jetzt in "Nature Geoscience" eine Studie über die bislang unbeachtete Rolle vorgestellt, die die kontinentalen Riftsysteme in der Atmosphäre spielen.

Der Ostafrikanische Graben ist das dominierende geologische Phänomen im Osten Afrikas. Über Tausende von Kilometern zieht er sich als deutlich sichtbarer, bis zu 300 Kilometer breiter und an den Schultern mit Vulkanen gesprenkelter Graben von Äthiopien bis Mozambique. Rifts wie dieses durchziehen mit mehr oder weniger großer Länge die Landmassen, seit sich das erste Festland bildete. Sie sind die Zonen, in denen Kontinente zerbrechen - in Afrika soll es in etwa zehn Millionen Jahren soweit sein. Dann werden sich der Osten Äthiopiens und Somalia vom Rest Afrikas abspalten und einen eigenen Minikontinent bilden. Doch die Gräben prägen nicht nur die Festlandsmassen, "die CO2-Entgasungen in ihnen", sagt Sascha Brune, "haben einen viel größeren Einfluss auf die Atmosphäre und Zusammensetzung der Atmosphäre, als bisher angenommen".

Brune leitet am Deutschen Geoforschungszentrum Potsdam (GFZ) eine Forschergruppe, die sich mit der Bedeutung der kontinentalen Bruchzonen für das Erdsystem beschäftigt. In "Nature Geoscience" stellt er zusammen mit Kollegen aus Australien Berechnungen über die Klimawirksamkeit der Riftsysteme in der Erdvergangenheit vor. "Die Korrelation zwischen der Länge von Riftsystemen und dem CO2-Gehalt in der Atmosphäre ist sehr hoch", so Brune, "viel höher als man vorher angenommen hat." Das gilt besonders für die extremsten Wärmeperioden der vergangenen 200 Millionen Jahren: die mittlere Phase der Dinosaurierzeit vom Jura bis in die Unterkreide und das Eozän vor rund 55 Millionen Jahren.

Karte des Ostafrikanischen Riftsystems mit den Vulkanen Ol Doinyo Lengai und Erta Ale.
Bild: Semhur/Nordnordwest/CC BY-SA 3.0
Der Oldoinyo Lengai im Norden Tansanias bei seinem jüngsten Ausbruch im Sommer 2006.
Bild: Holger Kroker
Blick in die Olduwai-Schlucht, die Teil des Ostafrikanischen Grabens und reiche Fundstätte früh- und vormenschlicher Fossilien ist.
Bild: Holger Kroker
Erta Ale ist der aktivste Vulkan im nordöstlichen Äthiopien.
Bild: fiilippo-jean/CC BY-SA 2.0

Die Wissenschaftler von der Universität Sydney in Brunes Team sind Spezialisten für die Rekonstruktion der Plattentektonik und damit der aktiven Rifts. Die Kohlendioxidmengen, die an Rifts entweichen, hatten zuvor andere Forschergruppen exemplarisch unter anderem am Ostafrikanischen Graben in Tansania gemessen. "Wir haben die Rekonstruktionen ausgewertet", erklärt Brune, "und haben geguckt, welche Rifts wann aktiv waren und welche Länge sie dann hatten. Dann haben wir mit Hilfe der Emissionsdaten quasi extrapoliert, wie viel CO2 die entlassen haben würden." Diese Werte haben Brune und seine Mitarbeiter in ein numerisches Modell des Kohlenstoffkreislaufs eingegeben. Als Beobachtungspunkt im Mesozoikum wählten die Wissenschaftler die Zeit vor 130 Millionen Jahren, für das Eozän vor 50 Millionen Jahre. Heraus kam, dass in den beiden Zeiträumen die Spitzenemissionen an den kontinentalen Grabensysteme und die  Extremwerte für die globale Temperatur zusammenfielen.

Bislang war dieser Einflussfaktor weitgehend unbeachtet geblieben. Für die heutige Klimaentwicklung ist das nicht wirklich gravierend, denn auf der heutigen Erde gibt es auf den sechs Landmassen und den größeren Inseln, in die das Festland zerfällt, vielleicht 10.000 bis 15.000 Kilometer Riftsysteme. Von ihnen ist das Ostafrikanische das größte. Im Jura und in der Unterkreide und noch einmal im Eozän sah das ganz anders aus. Vor 130 Millionen Jahren waren die Grabensysteme 40.000 Kilometer lang, vor 50 Millionen rund 30.000. "Vor 200 bis 100 Millionen Jahren brach der Urkontinent Pangäa auseinander, vor 55 bis 25 Millionen Jahren öffnete sich im Osten Asiens das südchinesische Meer, der Golf von Thailand und das Ostchinesische Meer", erklärt Brune.

Verglichen mit den ozeanischen Rücken und den Tiefseegräben entlassen die kontinentalen Rifte wesentlich mehr Kohlendioxid. "Das liegt vor allem daran, dass die Gesteine komplett andere sind", erklärt Sascha Brune. Die Kontinente sind viel älter als die älteste ozeanische Kruste, sie konnten daher auch viel mehr Kohlenstoff ansammeln, der beim Aufschmelzen als CO2 freigesetzt wird. Allerdings werden ihre Emissionen in jüngster Zeit durch den Menschen in den Schatten gestellt. "Für die heutigen Rifts kommen wir auf einen Faktor von 100 bis 1000, um den der Mensch darüber liegt", so Brune, "nimmt man die Emissionen aus dem Mesozoikum oder dem Eozän, sind es immerhin noch 30 bis 200 Mal."