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Süßwasser könnte Ordovizium-Massensterben verschärft haben
Vor rund 445 Millionen Jahren verschwanden beim spätordovizischen Massenaussterben etwa 85 Prozent der marinen Arten. Eine geochemische Rekonstruktion aus dem damaligen Yangtze-Meer deutet nun darauf hin, dass Schmelzwasser den Salzgehalt regional stark senkte und dadurch sauerstofffreie, sulfidreiche Zonen begünstigte. Offener mit dem Ozean verbundene Bereiche blieben dagegen vergleichsweise stabil und könnten Rückzugsräume geboten haben.
Wuhan (China). Das spätordovizische Massenaussterben verlief in zwei großen Pulsen während einer Phase drastischer Klima- und Meeresspiegelschwankungen. Frühere Arbeiten hatten bereits Abkühlung und Sauerstoffmangel als wichtige Belastungen der Meeresökosysteme identifiziert. Unklar blieb aber, warum die Lebensbedingungen innerhalb desselben Schelfmeeres räumlich so stark auseinanderliefen.
Forscher der China University of Geosciences (CUG) um Prof. Yangbo Lu haben nun untersucht, wie Salzgehalt, pH-Wert und Sauerstoffverhältnisse dabei zusammenwirkten. Ihr Untersuchungsgebiet war das Obere Yangtze-Meer in Südchina, das während des Übergangs vom Ordovizium zum Silur vor etwa 448 bis 443 Millionen Jahren von starken Klimaänderungen geprägt war.
Dazu verglich das Team zwei Bohrkerne aus unterschiedlichen Teilen des damaligen Schelfmeeres. Der Bohrkern JY11 repräsentiert den mittleren Schelf, ZY1 einen weiter außen gelegenen Bereich mit stärkerem Austausch zum offenen Meer. Die Forscher untersuchten 33 beziehungsweise 30 Gesteinsproben in Abständen von im Mittel rund 15 Zentimetern.
Mehrere geochemische Indikatoren sollten dabei unabhängig voneinander Salzgehalt und Redoxbedingungen rekonstruieren. Dazu gehörten die Verhältnisse von Bor zu Gallium und Strontium zu Barium, Bor-Isotope, redoxempfindliche Spurenelemente wie Molybdän und Uran sowie die Bindungsformen des Eisens. Solche Proxies liefern keine direkte Messung des damaligen Meerwassers, können aber Veränderungen der Wasserchemie im Sedimentarchiv abbilden.
Am mittleren Schelf zeigen die Daten während der Vereisungsphase wiederholt starke Süßwassereinträge. Dort sank das Verhältnis von Bor zu Gallium auf Werte unter 4, die Bor-Isotope lagen unter minus 13 Promille. Die Forscher deuten dies als brackische bis zeitweise nahezu süßwasserartige Bedingungen, die durch Schmelzwasser während des Gletscherrückzugs entstanden.
Diese Verdünnung machte die Wassersäule stärker geschichtet. Gleichzeitig zeigen Molybdängehalte von mehr als 64 Teilen pro Million und hohe Anteile von Pyrit-Eisen an reaktivem Eisen, dass sich am mittleren Schelf euxinische Wassermassen ausbreiteten. Euxinisch bedeutet, dass praktisch kein Sauerstoff vorhanden ist und zugleich giftiger Schwefelwasserstoff im Wasser vorkommt.
Die Bor-Isotope weisen zudem auf eine Kopplung von Salzgehalt und pH-Wert hin. Nach der Rekonstruktion verringerte das eingetragene Süßwasser die Pufferwirkung des Karbonatsystems. Dadurch könnte Schwefelwasserstoff für Organismen noch belastender geworden sein. Der Salzgehalt wäre demnach nicht nur ein Begleitphänomen der Vereisung gewesen, sondern ein Verstärker der chemischen Belastung.
Anders sah es am Außenschelf aus. Dort blieb das Verhältnis von Bor zu Gallium mit etwa 6,2 im marinen Bereich, die Bor-Isotope lagen bei ungefähr minus 8 Promille. Molybdän blieb unter 25 Teilen pro Million, und auch die Eisen-Daten sprechen für überwiegend suboxische statt euxinische Bedingungen. Der stärkere Austausch mit dem offenen Meer stabilisierte offenbar Salzgehalt, pH-Wert und Redoxverhältnisse.
Die Autoren interpretieren diese räumliche Trennung als möglichen Grund dafür, dass manche Lebensräume weniger stark betroffen waren. Bereiche mit guter Meeresverbindung könnten zeitweise Rückzugsräume für bodenlebende Tiere geboten haben, während die stärker abgeschirmten mittleren Schelfbereiche wiederholt von sauerstofffreien und sulfidreichen Wassermassen erfasst wurden.