Wie beim Auseinanderziehen eines Karamell-Riegels wurde einst die Erdkruste zwischen Europa und Nordamerika stark gedehnt und ausgedünnt. Dies setzte einen Prozess mit Erwärmungseffekt in Gang, geht nun aus einer Studie hervor: Es kam vor etwa 56 Millionen Jahren zu einer enormen Freisetzung des Treibhausgases Kohlendioxid. Den Forschern zufolge hat dies wahrscheinlich zu einer der stärksten bekannten Erderwärmungen in der Erdgeschichte geführt: zum Paläozän/Eozän-Temperaturmaximum.

Womit wir heute zu kämpfen haben, hat bekanntlich mit einer menschengemachten Ursache zu tun – doch prinzipiell waren Klimaveränderungen in der Erdgeschichte nichts Ungewöhnliches. Eine besonders markante Episode spielte sich dabei vor etwa 56 Millionen Jahren ab. Aus geologischen Befunden geht hervor, dass sich die globale Durchschnittstemperatur der Erdatmosphäre damals in vergleichsweise kurzer Zeit um fünf bis acht Grad Celsius erhöhte. Diese Zeit wird als das Paläozän-Eozän-Thermalmaximum (PETM) bezeichnet und dauerte etwa 170.000 Jahre an. Der Temperaturanstieg und die damit verbundenen Klimaeffekte haben damals die Lebensräume der Erde stark verändert. Dies spiegelt sich auch in einer deutlichen Beeinflussung des Verlaufs der Evolution wider.

Aufgrund der großen Geschwindigkeit und des Ausmaßes der Erwärmung wird das PETM-Ereignis oft mit dem heutigen Klimawandel verglichen. Was vor 56 Millionen die Ursache war, gilt bisher allerdings als unklar. „Trotz der weitreichenden Relevanz des PETM-Ereignisses für den heutigen globalen Wandel ist die zugrundeliegende Ursache sehr umstritten“, sagt Tom Gernon Universität Southampton. „Es herrscht nur allgemein Einigkeit darüber, dass eine plötzliche und massive Freisetzung des Treibhausgases Kohlendioxid aus dem Erdinneren die Ursache für dieses Ereignis war. Doch das Ausmaß und die Geschwindigkeit der Erwärmung lassen sich nur schwer durch herkömmliche vulkanische Prozesse erklären“, sagt der Wissenschaftler.

Geologische Ursachenforschung

Um den Ursachen des PETM-Ereignisses auf die Spur zu kommen, nahmen Gernon und sein internationales Team eine geologische Region ins Visier, die eine entscheidende Rolle bei der Entwicklung gespielt haben könnte: den Nordatlantik. Denn in der fraglichen Zeit wurde der Bereich, der einst Nordamerika und Grönland mit Europa vereinte, durch plattentektonische Kräfte besonders stark gedehnt. Durch diesen Prozess trennten sich die Kontinentalplatten schließlich, was zur Entstehung des Nordatlantiks führte. Im Rahmen ihrer Studie haben die Forscher zunächst geochemische Analysen der relevanten Schichten aus Gesteinsbohrkernen untersucht, die aus dem Meeresboden im Nordatlantik stammen.

Wie sie berichten, ging aus den Untersuchungen der Gesteinsschichten hervor, dass es in der Ära des PETM zu einem besonders abrupten und intensiven Anstieg der vulkanischen Aktivität im Nordatlantik gekommen war. Diese Verstärkung dauerte den Befunden zufolge etwa 200.000 Jahre an – was somit genau zu den bisherigen Erkenntnissen zum Verlauf des PETMs passt. Diese Ergebnisse veranlassten die Wissenschaftler dann, auch Gesteine in einem noch weiteren Bereich des Nordatlantiks zu untersuchen – einschließlich Grönland und der Färöer-Inseln.

Aus Dehnungs-Bereichen brodelte Treibhausgas

Dabei fanden sie heraus, dass kilometerdicke Lavaanhäufungen, die kurz vor dem PETM entstanden sind, eine ungewöhnliche Zusammensetzung aufweisen. In den Merkmalen spiegelt sich dabei eine erhebliche Zunahme von Schmelzprozessen des obersten, festen Teils des Erdmantels unter der Kontinentalplatte wider, erklären die Wissenschaftler. „Dieser Befund ist bedeutsam, denn wir wissen, dass Teile des Kontinentalmantels in dieser Region mit Karbonaten, einer wichtigen Kohlenstoffquelle, angereichert sind“, sagt Gernon. „Dieser schnelle Anstieg der Mantelschmelze, der sich nun abzeichnet, hat wahrscheinlich eine sehr große Menge an Kohlenstoff freigesetzt“. Seine Kollegin Thea Hincks führt dazu weiter aus: „Unter Verwendung physikalisch realistischer Schätzungen der Hauptmerkmale dieser Vulkansysteme zeigen wir, dass die für die Erwärmung erforderliche Kohlenstoffmenge durch verstärktes Schmelzen hätte erreicht werden können“, so die Wissenschaftlerin.

Dem Team zufolge ergibt sich aus den Ergebnissen nun ein mögliches Bild des Prozesses, der das PETM-Ereignis verursacht hat: Die Grundursache war die starke Dehnung der Kontinentalplatten in der nördlichen Hemisphäre – vergleichbar mit dem Ziehen eines Karamell-Riegels, der dünner wird und schließlich auseinanderbricht. Dieser Prozess führte zu einer massiven Verringerung des Drucks in der Tiefe des Bereichs. Den Forschern zufolge ging dies mit einer intensiven, aber kurzlebigen Schmelze im Erdmantel einher – einer Schicht aus klebrigem, geschmolzenem Gestein direkt unter der Erdkruste. Die daraus resultierende vulkanische Aktivität ging dann mit einer massiven Freisetzung von Kohlenstoff in die Atmosphäre einher, die wohl zu der Erwärmung im Rahmen des PETM führte, resümieren die Wissenschaftler.

Quelle: University of Southampton, Fachartikel: Nature Geoscience: 10.1038/s41561-022-00967-6

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