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Meereskrise hat vor 370 Millionen Jahren massive Waldbrände verursacht
Vor rund 370 Millionen Jahren gerieten die Meere in eine schwere Sauerstoffkrise, während an Land vermehrt Brände auftraten. Bisher galt es als möglich, dass die Feuer den Sauerstoffmangel im Wasser mitverursachten, doch neue Gesteinsanalysen zeigen die umgekehrte zeitliche Abfolge. Demnach könnten Veränderungen im Meer über steigenden Luftsauerstoff spätere Waldbrände begünstigt haben.
Tuscaloosa (U.S.A.). An der Grenze zwischen den Devon-Zeitaltern Frasnium und Famennium traf ein schweres Artensterben die Lebewelt der Meere. In vielen Meeresgebieten herrschte Sauerstoffmangel, der besonders empfindliche Organismen bedrohte. Zugleich dokumentieren fossile Brandspuren eine Zunahme von Feuern auf den damaligen Landflächen.
Eine diskutierte Hypothese machte die Brände zumindest teilweise für die Meereskrise verantwortlich. Nach dieser Vorstellung könnten Feuer Nährstoffe von Land ins Wasser getragen, das Algenwachstum verstärkt und dadurch sauerstoffarme Zonen begünstigt haben. Ob Feuer und Sauerstoffmangel tatsächlich in dieser Reihenfolge auftraten, ließ sich bislang nicht zuverlässig bestimmen.
Forscher der China University of Petroleum-Beijing (CUP) um Dr. Man Lu haben nun Sedimentgestein des Chattanooga-Schiefers im US-Bundesstaat Tennessee untersucht. Insgesamt analysierten sie 65 Gesteinsproben aus einem Aufschluss, darunter 35 eng aufeinanderfolgende Proben im Abstand von nur einem Zentimeter. Dadurch ließen sich die Veränderungen rund um das Massensterben zeitlich feiner als in früheren Untersuchungen vergleichen.
Als Hinweise auf Sauerstoffmangel und eine verstärkte Einlagerung organischen Kohlenstoffs dienten unter anderem Metallverhältnisse, bestimmte Moleküle und Kohlenstoffisotope. Den Verlauf der Brände rekonstruierten sie anhand verkohlter Pflanzenreste und chemischer Verbindungen, die bei hohen Temperaturen entstehen. Mehrere solcher Indikatoren ermöglichten es, die Gesteinslagen auf Feuer- und Umweltspuren zugleich zu untersuchen.
Im älteren Teil der untersuchten Krisenschichten zeigen die Daten besonders ausgeprägte Anzeichen sauerstoffarmer Meeresbedingungen, ohne dass die Brandmarker entsprechend zunahmen. Erst in einem jüngeren Abschnitt stiegen die Hinweise auf Waldbrände deutlich an, während die Anzeichen für Sauerstoffmangel schwächer wurden. Das widerspricht der Vorstellung, diese verstärkten Brände hätten die anfängliche Meereskrise ausgelöst.
„In der Vergangenheit gab es dafür keinen direkten Beleg“, erklärt Dr. Yuehan Lu von der University of Alabama (UA).
Der vorgeschlagene Mechanismus beginnt mit organischem Material, das in den sauerstoffarmen Meeren absank und dauerhaft im Sediment eingeschlossen wurde. Weil dessen Kohlenstoff nicht rasch wieder zu Kohlendioxid oxidierte, konnte sich der bei der Photosynthese entstandene Sauerstoff stärker in der Atmosphäre anreichern. Ein höherer Sauerstoffgehalt erleichtert wiederum das Entzünden und Ausbreiten von Bränden.
Für eine Modellrechnung wertete das Team 1.412 Kohlenstoffisotopenwerte aus 18 Gesteinsprofilen verschiedener Weltregionen aus. Unter bestimmten Annahmen könnte der Sauerstoffanteil der Luft während eines Zeitraums von etwa 405.000 Jahren von rund 17 auf bis zu 20 Prozent gestiegen sein. Das Modell verknüpft diesen Anstieg mit einer rechnerischen Brandwahrscheinlichkeit von mehr als 70 Prozent. Dieser Wert ist keine gemessene Häufigkeit urzeitlicher Waldbrände.
Die zeitliche Verzögerung zwischen der verstärkten Kohlenstoffeinlagerung im Meer und den Bränden passt zu diesem Mechanismus. Auch ältere Funddaten aus anderen Weltregionen zeigen eine stärkere Feueraktivität erst nach der untersuchten Krisenphase. Der neue Befund deutet deshalb auf eine langfristige Rückkopplung zwischen Meer, Atmosphäre und Landvegetation hin.