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Pinguinfossilien zeigen antarktischen Klimawandel vor 55 Millionen Jahren
Fossile Pinguinknochen von Seymour Island enthalten chemische Muster, die mit dem Klimawandel im Eozän zusammenpassen. Besonders rund 55 Millionen Jahre alte Knochen zeigen erhöhte Titan-Signale sowie stärkere Silizium- und Kalium-Signale. Zusammen mit geologischen Befunden deuten sie auf intensivere Verwitterung und mehr Materialeintrag unter dem damaligen warmen, feuchten Klima hin.
Beijing (China). Die Antarktis war im frühen Eozän vor mehr als 50 Millionen Jahren deutlich wärmer und feuchter als heute, kühlte sich im weiteren Verlauf dieser Epoche aber ab. Auf Seymour Island vor der Antarktischen Halbinsel liegen Sedimentfolgen mit zahlreichen Pinguinfossilien aus unterschiedlichen Abschnitten dieses langfristigen Übergangs.
Forscher der China University of Geosciences (Beijing) (CUGB) haben nun untersucht, ob diese Knochen neben anatomischen Merkmalen auch chemische Spuren ihrer Ablagerungsumwelt bewahren. Dazu analysierten sie Fossilien vom frühen bis zum späten Eozän und verglichen deren Elementverteilungen zusätzlich mit heutigen Pinguinknochen.
Das Team nutzte die Mikro-Röntgenfluoreszenz, kurz µ-XRF, um die räumliche Verteilung verschiedener Elemente auf den Knochenoberflächen sichtbar zu machen. Weil das Verfahren zerstörungsfrei arbeitet, mussten die seltenen Fossilien dafür nicht angebohrt, zersägt oder anderweitig beprobt werden.
Die unregelmäßigen und gekrümmten Knochenoberflächen erschwerten allerdings die Messung, weil wechselnde Abstände zum Scanner die Signalstärke beeinflussen können. Die Forscher legten die Stücke deshalb möglichst waagerecht, hielten den Abstand zwischen Messkopf und Oberfläche weitgehend konstant und verglichen die Elementmuster anschließend mit der stratigraphischen Position sowie bekannten Klima- und Sedimentdaten.
Besonders deutlich unterscheiden sich die ältesten untersuchten Fossilien aus dem frühen Eozän, denn Knochen aus einem Zeitraum vor etwa 55,3 bis 54,1 Millionen Jahren zeigen laut Studie markant erhöhte Titan-Signale. Auch Silizium und Kalium treten in diesen frühen Fossilien stärker hervor als in jüngeren Stücken aus kühleren Phasen.
Diese Unterschiede passen nach Einschätzung der Autoren zu einer intensiveren kontinentalen Verwitterung unter warmen und feuchten Bedingungen, durch die mehr verwittertes Material vom Land in die Ablagerungsräume vor der damaligen Küste gelangte. Die Elementkarten allein liefern allerdings keine direkte Temperaturmessung, weshalb die Forscher ihre chemischen Muster gemeinsam mit Sedimentologie und unabhängigen Paläoklimadaten einordnen.
Die chemische Signatur entstand zudem nicht ausschließlich durch das Klima, denn während und nach der Einbettung konnten verschiedene Prozesse Elemente in den Knochen anreichern. Die Studie nennt dafür das Eindringen von Lösungen, Verkieselung, die Aufnahme feinkörnigen Materials und Mineralbildungen, die vom chemischen Milieu im Sediment abhängen.
Auch Muster von Eisen, Mangan und Schwefel geben Hinweise auf lokale Bedingungen während der frühen Fossilisation und damit auf Veränderungen im umgebenden Sediment. Die Knochen sind deshalb keine unveränderten Klimaarchive, doch gerade die Verbindung aus Verwitterungssignalen, Ablagerungsbedingungen und späterer Umwandlung macht ihre Geochemie zu einer zusätzlichen Informationsquelle über die Umweltgeschichte.
Nach Angaben der Autoren ist dies die erste Untersuchung, die über eine Sedimentabfolge hinweg systematische Elementunterschiede in Wirbeltierfossilien mit Umweltveränderungen verknüpft. Das Verfahren könnte deshalb klassische Klimaarchive wie marine Sedimentkerne und Mikrofossilien ergänzen, ohne diese als unabhängige Belege für frühere Umweltbedingungen zu ersetzen.