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Weshalb hielt die Hitze nach dem dem größten Massenaussterben der Erde so lange an?
Nach dem größten Massenaussterben der Erdgeschichte blieb das Klima rund fünf Millionen Jahre extrem heiß. Fossilien und Klimamodelle liefern nun eine Erklärung dafür. Der Zusammenbruch vor allem tropischer Wälder könnte die natürlichen Mechanismen geschwächt haben, die der Atmosphäre Kohlendioxid entziehen, und so die lang anhaltende Treibhausphase verstärkt haben.
Leeds (England). Vor rund 252 Millionen Jahren erlebte die Erde an der Grenze zwischen Perm und Trias das schwerste bekannte Massenaussterben. Gewaltige Vulkanausbrüche in Sibirien setzten große Mengen Kohlenstoff frei und lösten eine drastische Erwärmung aus. Ein Großteil der damaligen Lebensformen in den Meeren und viele Landorganismen verschwanden.
Erstaunlich ist allerdings, wie lange die Hitze anhielt. Obwohl die stärksten vulkanischen Emissionen bereits abgeklungen waren, herrschten noch über Millionen Jahre besonders warme Bedingungen. Bisher blieb umstritten, weshalb sich das Erdklima nicht deutlich schneller erholte und der überschüssige Kohlenstoff so lange in der Atmosphäre verblieb.
Forscher der University of Leeds um Dr. Zhen Xu haben nun untersucht, welche Rolle die zerstörten Landökosysteme bei dieser Entwicklung spielten. Dafür verknüpften sie weltweite Pflanzenfossilien, Pollenfunde und geologische Klimazeiger mit einem Modell des langfristigen Kohlenstoffkreislaufs. So rekonstruierten sie, wie sich die Vegetation vom späten Perm bis zur anschließenden Erholung in der Trias veränderte.
Die Auswertung zeigt, dass der Verlust an Pflanzenarten keineswegs überall gleich groß war. In niederen und mittleren Breiten verschwanden nach den untersuchten großen Pflanzenfossilien etwa 86 Prozent der Arten, in höheren Breiten dagegen rund 66 Prozent. Vor allem tropische Tieflandwälder verloren damit einen erheblichen Teil ihrer einstigen Vielfalt.
Anstelle ausgedehnter Waldlandschaften breiteten sich vielerorts niedrigwüchsige Pionierpflanzen aus, während sich baumreiche Ökosysteme nur langsam wieder etablierten. Die Forscher berücksichtigten bei ihrer Rekonstruktion auch Gesteinsablagerungen und mögliche Lücken in der Fossilüberlieferung. Dadurch sollten Gebiete ohne erhaltene Pflanzenfunde nicht vorschnell als vollständig vegetationslos gelten.
„Die Ursachen einer so extremen Erwärmung während dieses Ereignisses werden seit Langem diskutiert, denn das Ausmaß übertrifft das aller anderen Ereignisse“, erklärt Dr. Zhen Xu.
Aus der Verbreitung verschiedener Vegetationstypen errechnete das Team außerdem, wie viel Kohlenstoff die Landpflanzen durch ihre Netto-Primärproduktion banden. Demnach sank diese pflanzliche Produktion über die Massenaussterbephase um ungefähr 70 Prozent. Es handelt sich dabei um eine Rekonstruktion aus Fossilien und Umweltindikatoren, nicht um eine unmittelbar gemessene Kohlenstoffbilanz.
Der Verlust der Wälder wirkte auf zwei Wegen auf das Klima. Einerseits gelangte weniger Kohlenstoff aus der Atmosphäre über Pflanzen und Böden in langfristige Speicher. Andererseits beschleunigen lebende Wurzeln die chemische Verwitterung bestimmter Gesteine, bei der über lange Zeiträume ebenfalls Kohlendioxid gebunden wird. Mit der zurückgedrängten Vegetation schwächte sich dieser natürliche CO₂-Abbau ab.
Entscheidend ist dabei nicht allein, wie viel Kohlenstoff die Pflanzen kurzfristig aufnehmen. Für das Klima über Jahrmillionen zählt vor allem, welcher Anteil dauerhaft im Untergrund gespeichert wird und wie rasch die Verwitterung neues Kohlendioxid entfernt. Im untersuchten Modell trug die abgeschwächte Gesteinsverwitterung besonders stark dazu bei, hohe CO₂-Werte aufrechtzuerhalten.