#Wie die Dekkan-Trapp-Eruptionen das Klima veränderten

Vulkanausbrüche haben durch ihre Asche, Rauch und Gase einen erheblichen Einfluss auf das Klima. Doch wie stark solche Eruptionen das Klima vergangener Erdzeitalter geprägt haben, ist nicht immer klar. Ein Beispiel dafür ist das Ende der Kreidezeit vor rund 66 Millionen Jahren. Für dieses Massenaussterben ist strittig, welchen Anteil die massiven Eruptionen der Dekkan-Trapps in Indien an den Klimaveränderungen dieser Umbruchszeit hatten. Ein Forschungsteam hat nun die zeitliche Abfolge der Ereignisse entschlüsselt.

Aus geologischen Ablagerungen geht hervor, dass es im Laufe der Erdgeschichte mehrfach Ausbrüche sogenannte großer magmatischer Provinzen gegeben hat – riesiger Vulkangebiete, deren Eruptionen teils kilometerdicke Ablagerungen von vulkanischem Material hinterlassen haben. Für einige dieser Eruptionen ist bereits bekannt, dass sie eine Schlüsselrolle für große Aussterbeereignisse spielten, weil ihre vulkanischen Ausgasungen das globale Klima massiv veränderten.

Doch ausgerechnet für das wahrscheinlich bekannteste Massenaussterben, dem Ende der Dinosaurier-Ära vor rund 66 Millionen Jahren, ist die Rolle des Vulkanismus strittig. Der Grund: „Das Massenaussterben am Ende der Kreidezeit trifft zeitlich mit dem Ausbruch einer magmatischen Großprovinz und mit einem Asteroideneinschlag zusammen”, erklären Thomas Westerhold vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen und seine Kollegen. Ob die massiven vulkanischen der Dekkan Trapps in Indien oder der Einschlag des Chicxulub-Asteroiden in Yucatan die Hauptursache für die drastischen Klimaveränderungen am Ende der Kreidezeit waren, ist daher schwer voneinander zu trennen.

Synchronisation geologischer Klimaarchive

Um mehr Klarheit zu schaffen, haben nun Westerhold und sein Team die zeitliche Abfolge der Ereignisse während der letzten Millionen Jahre vor dem Aussterben der Dinosaurier entschlüsselt. Ziel war es, eine direkte zeitliche Verbindung zwischen den Klimaveränderungen und den vulkanischen Ausbruchsphasen der Dekkan-Trapps zu finden. „Wir nutzen die rhythmischen Änderungen in der Sonneneinstrahlung, die in geologischen Daten aufgezeichnet sind, wie ein Metronom, um die Klimaarchive zu synchronisieren“, erklärt Westerhold. Im ersten Schritt untersuchten die Forschenden fossilen Foraminiferen aus Bohrkernen vom Grund des Südatlantik und Nordwestpazifik. Die Schalen dieser kleinen Meeresorganismen lieferten über ihre Isotopenverhältnisse Informationen über die Meerestemperaturen und Lebenswelt im Ozean vor 66 bis 67 Millionen Jahren.

„Als wir die geologischen Archive perfekt datiert hatten, konnten wir sehen, dass zwei große Klima- und Lebeweltänderungen zeitgleich in beiden Ozeanen stattfanden“, erläutert Westerhold den ersten Fund. „Nun mussten wir aber einen Weg finden zu prüfen, ob diese Änderungen überhaupt im Zusammenhang mit den Dekkan Trapps in Indien stehen.“ Dafür untersuchte das Team die Osmium-Isotopen-Zusammensetzung in den südatlantischen und nordwestpazifischen Ablagerungen: „Die Bildung von Flutbasalten und deren anschließende Verwitterung hinterlassen einen Fingerabdruck in der Chemie der Ozeane. Die Ablagerungen sollten denselben Osmium Fingerabdruck zur selben Zeit aufweisen“, erklärt Co-Autor Junichiro Kuroda von der Universität Tokio.

Veränderungen in zwei Stufen

Die Forschenden identifizierten in den Osmium-Isotopendaten zwei Stufen der Veränderung. Die erste ereignete sich vor rund 66,49 Millionen Jahren, die zweite folgte vor 66,28 Millionen Jahren. Diese beiden Stufen traten nicht nur gleichzeitig in beiden Ozeanen auf, sondern auch zeitgleich mit Haupteruptionsphasen der Dekkan Trapps am Ende der Kreidezeit. „Aber noch überraschender war, dass die zwei Stufen unterschiedliche Auswirkungen auf die Umwelt hatten, belegt durch Fossilreste in den Bohrkernen“, sagt Westerhold. Demnach führte die frühe Ausbruchsphase der Dekkan-Trapps zunächst nur zu einem Anstieg der Meeresgrund-Temperaturen um rund ein Grad. Für die zweite Stufe legen die Isotopendaten hingegen einen Anstieg um vier bis fünf Grad nahe.

Als Grund für diese Unterschiede nimmt das Forschungsteam auf Basis geochemischer Modellierung an, dass die Menge an Flutbasalt in der frühen Phase des Dekkan Trapp-Vulkanismus zwar größer gewesen sein muss als angenommen. Weil dabei aber besonders viel schwefelhaltige, eher klimaabkühlend wirkende Gase freigesetzt wurden, fiel die Erwärmung weniger stark aus. „Es scheint plausibel, dass dieser ersten Eruptionsphase mit hohem Schwefelgehalt eine zweite Eruptionsperiode vor rund 66,28 Millionen Jahre folgte, die durch hohe Kohlendioxid-Ausgasung oder Basaltintrusion in kohlenstoffreiche Wirtsgesteine gekennzeichnet war”, erklären die Forschenden. Diese zweite Phase bewirkte dadurch eine stärkere Klimaerwärmung und gleichzeitig Versauerung des Ozeans.

Quelle: Thomas Westerhold (MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen) et al., Science Advance, doi: 10.1126/sciadv.adr8584

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