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Massensterben an der Perm-Trias Grenze: Durch Sauerstoffmangel erstickt?

Wenn von den großen Massenaussterben in der Erdgeschichte die Rede ist, fällt einem oft zuerst das Ende der Dinosaurier ein. So verheerend dieses Ereignis auch war (und so tragisch für die Dinosaurier), es gibt unter der „Big Five“, den fünf großen Aussterbewellen der Erdgeschichte einen unumstrittenen König: An der Grenze vom Perm zur Trias. Mit diesem Ereignis endete nicht nur das Paläozoikum und damit die ersten 325 Millionen Jahre komplexen Lebens auf der Erde, es war auch der Begin des Erdmittelalters, des Mesozoikums. Nach Schätzungen des Paläontologen David Raup von der Universität Chikago und seines Kollegen Jack Sepkoski verschwanden nicht weniger als 54% aller marinen Familien. Das ist gleichbedeutend mit dem Aussterben von 83% aller Gattungen oder sogar 90 – 96% aller Arten.

So verheerend war kein Massensterben, weder vor- noch nachher. Am Auffallendsten war sicher das totale verschwinden der tropischen Korallenriffe mit all ihren komplexen Ökosystemen. Viele der Riffbildner verschwanden für immer, darunter die rugosen und die tabulaten Korallen, die seit dem Ende des Kambriums die Riffe des Paläozoikums aufbauten. Die rugosen Korallen waren meist Individuen, auch wenn einige Kolonien ausbildeten. Sie ähnelten leicht gebogenen Trichtern. Die tabulaten Korallen dagegen waren echte Koloniebildner. Sie erinnerten an die heutigen Hirnkorallen. Ebenso verschwanden die korallenartigen Schwämme und die Stromatoporen (einige Stromatoporen kennt man auch aus dem Mesozoikum und sogar aus den heutigen tropischen Riffen, sie wurden aber niemals wieder riffbildend).
Auch andere bekannte Erscheinungen der paläozoischen Meere verabschiedeten sich für immer. Fusulinen, einzellige schalentragende Organismen aus der Gruppe der Foraminiferen und die Trilobiten. Manche schafften es nur so gerade eben. Von den zahllosen Gattungen der Ammoniten überlebten gerade mal fünf die Grenze zur Trias.

Was war also geschehen? Eines der vorgeschlagenen Szenarien ist z.B. der Einschlag eines großen Asteroiden oder Kometen. In verschiedenen Gesteinen an der Grenze von Perm und Trias fanden sich Edelgase außerirdischer Herkunft in Fullerenen (Science V. 291, p. 1530-1533). Allerdings zeigt sich keine so ausgeprägte Iridiumanreicherung in Schichten dieser Zeit. Es gibt zwar einige Hinweise auf kleinere Impakte, aber keinen, der für das größte Massensterben der Erdgeschichte ausreichend groß gewesen wäre. Als eine weitere mögliche Ursache standen die sibirischen Trapp Basalte in Verdacht. Es bleibt aber fraglich, ob selbst diese gewaltigen Eruptionen so die Umwelt so schnell verändern konnten, um die beobachteten Effekte herbeizuführen. Neueren Datierungen zufolge war dafür möglicherweise auch die Zeit etwas knapp (Earth Science Reviews V. 53 p. 1-33).
Jetzt hat ein Team um den Geologen O. Weidlich von der Universität Kiel (Geology V. 31 p. 961-964) die Riffe der Perm Trias Grenze untersucht und herausgefunden, dass möglicherweise eine Abnahme des Sauerstoffgehaltes der Atmosphäre für die Ereignisse verantwortlich war. Heute beträgt der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre 21 Volumen%, doch in der Erdvergangenheit hat dieser Wert teilweise stark geschwankt. R.A. Berner von der Yale Universität stellte Modellrechnungen auf, nach denen der Sauerstoffgehalt im Karbon bei rund 35% sein Maximum erreichte, um dann an der Grenze von Perm und Trias auf nur 15%, möglicherweise sogar nur 12% zu fallen. Während der Trias stieg er dann langsam wieder auf Werte um 18% (Proceedings of the National Academy of Sciences V. 96, p. 10955 – 10957; Science V. 287, p. 1630 – 1633).

Wie Weidlich und seine Kollegen nun feststellten, existierten während des Mittleren Perm ausgedehnte Riffe sowohl in den tropischen Gebieten als auch kälteren Zonen. Das ausgedehnte Riffwachstum fiel zusammen mit einem hohen Sauerstoffgehalt von rund 25%. Als nun der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre zum Ende des Perm kontinuierlich sank, veränderte sich auch die Zusammensetzung der Riffe, bis schließlich nur noch Schwämme und wenige Korallenarten übrig blieben. Eine ähnliche Zusammensetzung findet sich auch heute in Gebieten mit wenig Sauerstoff im Wasser. Hinzu kommen Sedimente, die für die damalige Tiefsee Sauerstoffmangel anzeigen. Die Ozeane erholten sich erst wieder in der Trias, als der Sauerstoff in der Atmosphäre wieder auf rund 18% stieg.
Natürlich ist auch das Leben auf dem Festland betroffen gewesen. Allerdings kommt hier die Schwierigkeit hinzu, dass es nur sehr wenige kontinuierliche Ablagerungen über den ganzen Zeitraum gibt. Ein Gebiet, wo das zumindest teilweise möglich ist, liegt in Süd Afrika; das Karroo Becken. Hier haben der Geologe George Retallack und sein Team( Geology, V. 115, Nr. 9, p. 1133-1152) fossile Böden und die Fossilien von Landwirbeltieren untersucht.
Dabei zeigten vor allem die fossilen Böden einen Klimawechsel hin zu wärmerem und auch feuchterem Klima in der beginnenden Trias. Die Knochen der Landwirbeltiere und auch die Böden zeigten weiterhin einen dramatischen Wechsel in der Zusammensetzung ihrer Kohlenstoffisotope. Dieser Wechsel tritt weltweit an der Grenze von Perm und Trias auf ( Geological Society of America Bulletin, V. 112, p. 1459 – 1472). Wenn nun, so die Überlegungen der Geologen, dieser auffallende Wechsel in der Zusammensetzung der organischen Materie und die Abnahme von Sauerstoff zusammenhängt? Ein möglicher Verursacher, von der Zusammensetzung seiner Kohlenstoffisotope her, könnte Methan gewesen sein. So könnten Gashydrate in den Schelfmeeren beispielsweise durch Vulkane, Meteoriteneinschläge oder auch untermeerische Erdrutsche freigesetzt worden sein. Die Auswirkungen einer plötzlichen Freisetzung gewaltiger Methanmengen wären dramatisch: Methan ist ein sehr wirksames Treibhausgas, wirksamer als Kohlendioxid. Die Erde würde sich aufheizen, die Atmosphäre könnte größere Mengen Wasserdampf speichern (Wasserdampf ist wiederum ein Treibhausgas). Durch die Oxydation von Methan würde Sauerstoff verbraucht werden. Der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre würde fallen. Bei nur 12 Vol% Sauerstoff in der Atmosphäre wären die Bedingungen der Karroo zur Perm-Trias Grenze vergleichbar mit den heutigen in rund 5000 Metern Höhe. Die Landlebewesen des späten Perm waren dadurch möglicherweise in ihren angestammten Lebensräumen von der Höhenkrankheit bedroht. Wobei allerdings der Luftdruck wohl nicht abgenommen hat. Die Abnahme von Sauerstoff in der Atmosphäre führte auch zu Sauerstoffmangel im Meer, und der Kreis schließt sich.

© 2004 Gunnar Ries


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