Katastrophe in der Urzeit

Ruß trug zum Aussterben der Dinosaurier bei

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Illustration des Asteroideneinschlags auf der Erde vor etwa 66 Millionen Jahren. Foto: Don Davis / Southwest_research_institute

Vor etwa 66 Millionen Jahren starben nach dem Einschlag eines Asteroiden die Dinosaurier und ein Großteil aller anderen Tierarten aus. Eine aktuelle Studie gibt neue Einblicke in das Geschehen nach der Katastrophe.

Boulder (dpa) - Nach dem gewaltigen Asteroiden-Einschlag auf die Erde vor 66 Millionen Jahren versank der Planet für mehr als ein Jahr in Dunkelheit. Dies lag an großen Mengen Ruß, die infolge von weltweiten Flächenbränden nach dem Einschlag in die Atmosphäre gelangten.

Ohne Sonnenlicht kam die Photosynthese der Pflanzen zum Erliegen und die Temperaturen sanken erheblich. Dies habe zum Massensterben am Ende der Kreidezeit beigetragen, bei dem etwa zwei Drittel aller Tierarten ausstarben, darunter die Dinosaurier, wie US-Forscher in den "Proceedings" der US-Nationalen Akademie der Wissenschaften berichten.

Der Einschlag des Asteroiden auf der Yucatán-Halbinsel im heutigen Mexiko wird seit langem mit dem Massensterben am Ende der Kreidezeit in Verbindung gebracht. Was genau geschah, ist aber unter Forschern umstritten. Als gesichert gilt, dass der Einschlag unmittelbar Erdbeben, Tsunamis und Vulkanausbrüche auslöste, die sich verheerend auf die damaligen Bewohner des Planeten auswirkten. Wie weit diese Naturkatastrophen sich weiter abseits des Einschlagortes auswirkten, ist aber weniger gut geklärt.

Einige Experten gehen deshalb davon aus, dass es vor allem langfristige Veränderungen des Klimas waren, die das Massensterben auslösten - hervorgerufen durch die Ansammlung von Partikeln in oberen Atmosphärenschichten. Die Wissenschaftler um Charles Bardeen vom National Center for Atmospheric Research vermuten, dass vor allem Rußpartikel dabei eine Rolle spielten, die bei großflächigen Bränden freigesetzt wurden.

Welche klimatischen Veränderungen der Rußausstoß nach sich zog, simulierten die Forscher nun mit Hilfe eines hochauflösenden Computermodells. "Unsere Studie greift die Geschichte nach den anfänglichen Auswirkungen auf - nach den Erdbeben, den Tsunamis und der großen Hitze", erläutert Bardeen. Wir wollten die langfristigen Konsequenzen der Rußmengen untersuchen, die unserer Ansicht nach entstanden, und was diese Konsequenzen für die verbliebenden Tiere bedeuteten."

Die Menge an freigesetztem Ruß hatten andere Wissenschaftler in früheren Studien bereits auf etwa 15 000 Millionen Tonnen beziffert. Bardeen und sein Team speisten diese Angabe - sowie kleinere und größere Rußmengen - in ihr Simulationsmodell ein. Nach Abschluss der Berechnungen beschreiben sie folgendes Szenario: Die Rußpartikel wurden durch das Sonnenlicht zunächst erhitzt, stiegen immer höher in die Atmosphäre auf und verteilten sich um den Globus. Dort bildeten sie schließlich eine Schicht, durch die kaum noch Sonnenlicht auf die Erde gelangte. Es sei dadurch zunächst so dunkel wie in einer mondhellen Nacht gewesen.

Für mehr als anderthalb Jahre kam dadurch die Photosynthese zum Erliegen - der Prozess, über den Pflanzen und vielen Algen die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie umwandeln. Da an Land die meisten Pflanzen vermutlich ohnehin schon durch die Brände ausgelöscht gewesen sein dürften, habe dies vermutlich vor allem das Phytoplankton in den Ozeanen betroffen, das am Beginn der marinen Nahrungskette stehe. Dies dürfte schließlich zum Aussterben vieler mariner Arten geführt haben. 

Infolge der anhaltenden Dunkelheit sank auch die Temperatur auf der Erde - um etwa 28 Grad Celsius an Land und um 11 Grad in den Ozeanen. Die obere Atmosphäre heizte sich hingegen gewaltig auf - um bis zu 200 Grad -, da die Rußpartikel das Sonnenlicht reflektierten. Dies sowie das nachfolgende Einströmen von Wasserdampf in die oberen Atmosphärenschichten führte nach und nach zur Zerstörung der Ozonschicht. Schädliche UV-Strahlen gelangten zeitweise auf die Erde. In einer sich langsam abkühlenden Umgebung löste der Wasserdampf über Niederschläge innerhalb von wenigen Monaten schließlich die Rußschicht auf. Zu diesem Zeitpunkt war ein Großteil der Tierarten vermutlich von der Erde verschwunden.

"Die Forscher haben ein tolles Klimamodell genutzt, mit dem sich die Abläufe in der Atmosphäre, wie die Zirkulation oder Niederschläge, sehr gut simulieren lassen", kommentiert Julia Brugger vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) die Arbeit ihrer Kollegen. "Die Ergebnisse sind sehr plausibel, sie erklären nicht alles, aber vieles, was man mit so einem Modell erklären kann."

Die Forscherin hatte mit ihrem Team Anfang des Jahres selbst eine Studie zu den Ursachen des Massensterbens vorgestellt. Der zufolge sorgten Schwefelaerosole, die beim Aufschlag des Asteroiden auf schwefelhaltiges Gestein entstanden, für eine Verdunklung und starke Abkühlung der Erde. "Wir haben eine noch viel stärkere Abkühlung gefunden als in der jetzigen Studie. Zudem glauben wir, dass es in den Ozeanen durch den Temperatursturz zu einer Umwälzung der Wassermassen kam. Dies hat einige Jahre nach dem Einschlag Nährstoffe in die oberen Schichten transportiert und womöglich eine toxische Algenblüte hervorgerufen." Spannend wäre es, beide Studien zu kombinieren, um das Geschehen vor Jahrmillionen noch besser verstehen zu können.

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