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Große Massensterben könnten in zwei Klimaphasen verlaufen
Die fünf großen Massenaussterben der Erdgeschichte könnten einem wiederkehrenden Klimamuster gefolgt sein, wie eine neue Analyse von jeweils zwei Krisenphasen nahelegt. Demnach stand meist zunächst eine starke Abkühlung, später folgte eine Erwärmung, die mit einer zweiten Welle biologischer Verluste zusammenfiel.
Sendai (Japan). Die fünf großen Massenaussterben der vergangenen rund 500 Millionen Jahre gingen mit tiefgreifenden Klimaänderungen einher. Warum einige dieser Krisen zunächst von Kälte und andere Phasen von starker Erwärmung geprägt waren, ist jedoch nicht für alle Ereignisse geklärt. Besonders am Ende des Ordoviziums fehlten bisher vergleichbare geochemische Daten.
Prof. Kunio Kaiho von der Tohoku University hat nun das Klima und die Erwärmung von Sedimentgesteinen für jeweils zwei Krisenphasen der fünf großen Massenaussterben miteinander verglichen. Neu analysiert hat er dafür Gesteine aus der Wangjiawan-Sektion in Südchina, die die beiden Aussterbepulse am Ende des Ordoviziums vor rund 443 Millionen Jahren dokumentieren. Für die acht übrigen Krisenphasen zog Kaiho bereits veröffentlichte Messdaten heran.
„Die Temperatur, auf die Sedimentgestein durch großräumige vulkanische Aktivität und große Meteoriteneinschläge erhitzt wird, entscheidet darüber, ob es zu einer Abkühlung oder Erwärmung kommt“, formulierte Prof. Kunio Kaiho in seiner 2024 veröffentlichten Arbeit.
Im Zentrum der Analyse steht Coronen, ein aus sieben Kohlenstoffringen aufgebauter polyzyklischer aromatischer Kohlenwasserstoff, der erst bei höheren Temperaturen entsteht als verwandte Moleküle mit fünf oder sechs Ringen. Der Coronen-Index setzt deshalb die Coronenmenge ins Verhältnis zu drei solcher Verbindungen und dient als Anzeiger dafür, wie stark organisches Material in Sedimentgesteinen erhitzt wurde.
Für die Ordovizium-Proben untersuchte Kaiho 14 Gesteinsproben mit Gaschromatografie und Massenspektrometrie und nutzte zusätzlich den EGC-Index, der mehrere fünf- bis siebenringige Kohlenwasserstoffe auf Phenanthren bezieht. Dieser zweite Kennwert kann auch schwächere Erhitzungsereignisse sichtbar machen, bei denen der Coronen-Index nahe am geologischen Hintergrund bleibt.
Anschließend verglich der Forscher die chemischen Indizes mit rekonstruierten Änderungen der globalen Oberflächentemperatur, wobei vier der fünf ersten Aussterbephasen mit einer Abkühlung um etwa acht bis zehn Grad Celsius verbunden waren. Für die Hauptphase des Perm-Massenaussterbens lässt sich eine kurzfristige Temperaturabweichung dagegen bislang nicht sicher nachweisen. Die jeweils späteren Krisenphasen fallen in der Analyse durchweg mit Erwärmungen von etwa sieben bis 14 Grad zusammen.
Auch die Erhitzungsindikatoren folgen laut der Studie einem Muster, denn die ersten Krisenphasen zeigen je nach Ereignis niedrige, mittlere oder hohe Erhitzungstemperaturen, während alle fünf späteren Phasen im mittleren Bereich des Coronen-Index liegen. Bei den beiden niedrig temperierten Anfangsereignissen unterscheidet sich der Coronen-Index allein nicht klar vom Hintergrund, der ergänzende EGC-Index ist dort aber statistisch erhöht.
Kaiho verknüpft diese Unterschiede mit Experimenten zur Gasbildung aus erhitzten Sedimentgesteinen, nach denen niedrige Temperaturen aus Sulfiden Schwefeldioxid freisetzen können, während sehr starke Erhitzung von Sulfaten und organischem Material ebenfalls kühlende Schwefelverbindungen oder Ruß erzeugen kann. Gelangen solche Stoffe in die Stratosphäre, schirmen sie Sonnenlicht ab und können das Klima rasch abkühlen.
Mittlere Erhitzung von kohlenwasserstoff- und karbonatreichen Gesteinen begünstigt dagegen die Freisetzung von Kohlendioxid, das deutlich länger in der Atmosphäre bleibt und nach einer kurzen Kältephase eine länger anhaltende Erwärmung fördern kann. Nach dem vorgeschlagenen Modell könnte deshalb eine erste, durch Abkühlung geprägte Aussterbewelle von einer zweiten, durch Erwärmung belasteten Phase gefolgt sein.