07. Dez. 2018
Teil der Sibirischen Trapps bei Norilsk.

Teil der Sibirischen Trapps bei Norilsk.

Das größte Massensterben der Erdgeschichte markiert den Wechsel vom Erdaltertum zum Erdmittelalter am Ende des Perm. Vor 251 Millionen Jahren verschwanden so viele Tier- und Pflanzenarten wie niemals zuvor und danach wieder. Zwei Ozeanographen aus Seattle haben jetzt ein geographisches Muster im Artenschwund entdeckt: Insbesondere Lebewesen aus den höheren Breiten gingen damals zugrunde. In "Science" stellen sie ihre Erkenntnisse vor – und ziehen Parallelen zum menschengemachten Klimawandel.

Auf der Suche nach einem Vergleich in der Erdgeschichte, der unsere unmittelbare Klimazukunft erhellen könnte, blicken viele Wissenschaftler ins Pliozän zurück. In dieser letzten Epoche vor Anbruch des gegenwärtigen Eiszeitalters waren die globalen Mitteltemperaturen in der Atmosphäre ungefähr so, wie sie für das Ende des 21. Jahrhunderts prognostiziert werden. Die Perspektive ist nicht ohne Charme, denn die Epoche gehört zu den ruhigeren in der Erdgeschichte.

Ausdehnung der Sibirischen Trapps, die vor 251 Millionen Jahren das Perm beendeten.

Ausdehnung der Sibirischen Trapps, die vor 251 Millionen Jahren das Perm beendeten.

Bild: Wikimedia/ulamm (GFDL 1.3)
Stein mit der Perm-Triasgrenze aus der chinesischen Provinz Guizhou. Die Grenze trennt die beiden sichtbar unterschiedlichen Schichten.

Stein mit der Perm-Triasgrenze aus der chinesischen Provinz Guizhou. Die Grenze trennt die beiden sichtbar unterschiedlichen Schichten.

Bild: Science/Jonathan Payne
Sibirischer Trapp bei Norilsk.

Sibirischer Trapp bei Norilsk.

Bild: Wikimedia/Timur Voronkov (CC BY-SA 3.0)
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Ausdehnung der Sibirischen Trapps, die vor 251 Millionen Jahren das Perm beendeten.

Bild: Wikimedia/ulamm (GFDL 1.3)

Stein mit der Perm-Triasgrenze aus der chinesischen Provinz Guizhou. Die Grenze trennt die beiden sichtbar unterschiedlichen Schichten.

Bild: Science/Jonathan Payne

Sibirischer Trapp bei Norilsk.

Bild: Wikimedia/Timur Voronkov (CC BY-SA 3.0)

In Science rücken zwei Ozeanographen der Universität von Washington in Seattle eine ganz andere Periode in den Fokus: das Perm. "Wenn man den Ozean betrachtet, welchen Effekt die Erwärmung des Wassers auf die Verlangsamung der Meeresströmungen und den Gehalt an Sauerstoff hatte, dann ähnelt das auf bemerkenswerte Weise den Prognosen, die uns Modelle für die Zukunft der Weltmeere liefern", meint Curtis Deutsch, Professor für chemische Ozeanographie in Seattle.

Ozeanographen ziehen erschreckende Parallele

Die Parallele hat es in sich, denn das Perm endete vor 251 Millionen Jahren mit einer großen Krise. "Am Ende des Perm gab es das 'Große Sterben', das größte Massenaussterben in der Erdgeschichte", betont Justin Penn, Hauptautor der Science-Studie und Mitarbeiter von Curtis Deutsch. 95 Prozent der von damals überlieferten Tier- und Pflanzenarten im weltumspannenden Ozean der damaligen Zeit starben aus. An Land betrugen die Verluste drei Viertel der bekannten Arten. Als Ursache gelten die sogenannten Sibirischen Trapps, eine Serie ungeheurer Vulkanausbrüche, die über etliche Jahrhunderttausende in Zentralsibirien Lavaschichten von bis zu 3000 Metern Dicke auftürmten. Noch heute bedecken diese eine Fläche von zwei Millionen Quadratkilometern.

In den tropischen Bereichen des Ozeans ließen die Vulkanausbrüche die Wassertemperatur um zehn Grad steigen. "Bis zum Ende des Jahrhunderts werden unsere Weltmeere um drei bis vier Grad wärmer sein, wenn wir gar nichts gegen den Klimawandel unternehmen", so Curtis Deutsch, "das ist jetzt nicht das Niveau des Perm, aber es ist auch nicht wenig." Die beiden Ozeanographen glauben jedenfalls genügend Übereinstimmungen zwischen unserer Epoche und dem Perm entdeckt zu haben, um Lehren aus der letzten Epoche des Erdaltertums zu ziehen.

Massensterben mit geographischen Schwerpunkten

"Es war das dramatischste einer ganzen Anzahl von Ereignissen in der Erdgeschichte, bei denen es zu ähnlichen Störungen kam, wie wir sie heutzutage vorbereiten, insofern ist es wohl eher eine Art Extremszenario", äußert sich der Paläoklimatologe Lee Kump von der Pennsylvania State University eher skeptisch zu solchen Vergleichen. Gleichwohl hält er die Forschungsarbeit der beiden Ozeanographen für immens hilfreich – für das Verständnis des Perm-Massenaussterbens selbst. "Ich halte es für einen eleganten Ansatz, die Ursachen des Massensterbens zu untersuchen, denn zuerst und vor allem haben sie ein geographisches Muster in dem Massensterben entdeckt, das wir vorher nicht erkannt hatten."

"Wir haben gefunden, dass sich das Aussterberisiko während des Massensterbens an der geographischen Breite orientierte", berichtet Justin Penn. Tatsächlich sind die Bewohner der höheren Breiten wesentlich stärker in die tödliche Bredouille geraten als die Lebewesen aus den Tropen, und das liegt offenbar an den Veränderungen, die die Sibirischen Trapps im Ozean auslösten. Penn und Deutsch haben mit einem aktuellen Klima- und Ozeanmodell simuliert, welche Folgen die ungeheuren Mengen an Treibhausgasen hatten, die die Vulkane in die Atmosphäre brachten. "Wir erhielten massive Erwärmungen und Verluste beim Sauerstoffgehalt und haben das dann noch ergänzt mit Informationen über die grundsätzliche Empfindlichkeit der Ökosysteme gegenüber Temperatursteigerung und Sauerstoffverlust", so Justin Penn.

Neuartige Fossilien-Datenbank half bei Mustererkennung

Am Ende der Simulation stand die Erkenntnis, dass die Erwärmung alle Lebewesen zwang, ihren Lebensraum in Richtung der Pole zu verlagern, und natürlich gerieten die Bewohner kälterer Habitate als erstes an ihre physiologischen Grenzen. "Die Organismen aus den Tropen waren dagegen auf wärmere Temperaturen und geringere Sauerstoffgehalte viel besser vorbereitet", betont Justin Penn. Doch die beiden Forscher ließen es nicht bei Modellrechnungen bewenden. "Wir haben unser Ergebnis dann unseren Paläontologen-Kollegen gezeigt und sie gebeten, es in der fossilen Überlieferung zu überprüfen", erklärt Curtis Deutsch.

Jonathan Payne und Eric Sperling von der Stanford University in Kalifornien überprüften die Modellergebnisse mit der jüngsten Errungenschaft der US-amerikanischen Paläontologie, der Paleobiology-Datenbank, einem computergestützten Fossilieninventar der Erdgeschichte. "Das ist eine gewaltige Anstrengung der Paläontologen-Gemeinde, Informationen über Fossilien aus der gesamten Welt in einer zentralen Datenbank zu sammeln, so dass Forscher sie nach neuen Erkenntnissen über die Entwicklung des Lebens durchforsten können, und dieser Bericht ist ein Beispiel für diese Arbeit", betont Lee Kump.

Curtis Deutsch und Justin Penn plädieren darüber hinaus dafür, die Parallelen zwischen dem Perm und dem 21. Jahrhundert weiter zu verfolgen. "Die Wissenschaft sollte die heutigen Lebensräume der Lebewesen mit denen aus historischen Aufzeichnungen vergleichen und nach Anzeichen für eine polwärtige Wanderung der Habitate suchen", so Deutsch, "das wäre für mich ein Warnzeichen, dass ein Artensterben folgen wird." Der Weg zu Verhältnissen wie im Perm sei noch lang, "und hoffentlich", so der Ozeanographie-Professor, "gehen wir ihn nicht ganz zu Ende."