Die Kollision, die die Welt verändert hat: Neue Auswirkungen entdeckt

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Als die Landmasse, die heute der indische Subkontinent ist, vor etwa 50 Millionen Jahren gegen Asien stieß, veränderte die Kollision die Verteilung der Kontinente, die Landschaft, das globale Klima und mehr. Jetzt hat ein Team von Wissenschaftlern der Princeton University einen weiteren Effekt identifiziert: Der Sauerstoff in den Weltmeeren stieg an und veränderte die Lebensbedingungen.

“Diese Ergebnisse unterscheiden sich von allem, was die Menschen bisher gesehen haben”, sagte Emma Kast, eine Absolventin der Geowissenschaften und Hauptautorin eines Artikels, der in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht wurde. “Das Ausmaß der rekonstruierten Veränderungen überraschte uns.”

Kast benutzte mikroskopisch kleine Muscheln, um eine Aufzeichnung von ozeanischem Stickstoff über einen Zeitraum von 70 Millionen Jahren – also kurz vor dem Aussterben der Dinosaurier – bis vor 30 Millionen Jahren zu erstellen. Diese Aufzeichnung ist ein enormer Beitrag auf dem Gebiet der globalen Klimastudien, sagte John Higgins, außerordentlicher Professor für Geowissenschaften an der Universität Princeton und Mitautor des Papiers.

“In unserem Bereich gibt es Daten, die man als grundlegend betrachtet, die durch jede Art von Hypothese erklärt werden müssen, die biogeochemische Verbindungen herstellen will”, sagte Higgins. “Das sind nur wenige, auch weil es sehr schwer ist, Aufzeichnungen zu erstellen, die weit in die Vergangenheit zurückreichen. Fünfzig Millionen Jahre alte Felsen geben ihre Geheimnisse nicht freiwillig preis. Ich würde Emmas Arbeit sicherlich als eines dieser grundlegenden Arbeitsergebnisse betrachten. Von nun an müssen sich Menschen, die sich mit dem Wandel der Erde in den letzten 70 Millionen Jahren beschäftigen wollen, mit den Daten von Emma beschäftigen.”

Stickstoff ist nicht nur das am häufigsten vorkommende Gas in der Atmosphäre, sondern auch der Schlüssel zu allem Leben auf der Erde. “Ich studiere Stickstoff, um die globale Umwelt zu erforschen”, sagte Daniel Sigman, Princeton’s Dusenbury Professor of Geological and Geophysical Sciences und Senior Author der Studie. Sigman initiierte dieses Projekt mit Higgins und dem damaligen Postdoc Daniel Stolper, der heute Assistenzprofessor für Erd- und Planetenforschung an der University of California in Berkeley ist.

Jeder Organismus auf der Erde benötigt “festen” Stickstoff – manchmal auch “biologisch verfügbaren Stickstoff” genannt. Stickstoff macht 78% der Erdatmosphäre aus, aber nur wenige Organismen können ihn “binden”, indem sie das Gas in eine biologisch nützliche Form umwandeln. In den Ozeanen binden Cyanobakterien in Oberflächengewässern Stickstoff für alle anderen Meeresbewohner. Wenn die Cyanobakterien und andere Lebewesen sterben und nach unten sinken, zerfallen sie.

Stickstoff hat zwei stabile Isotope, 15N und 14N. In sauerstoffarmen Gewässern verbraucht die Zersetzung “festen” Stickstoff. Dies geschieht mit einer leichten Präferenz für das leichtere Stickstoffisotop 14N, so dass das Verhältnis 15N zu 14N des Ozeans seinen Sauerstoffgehalt widerspiegelt.

Dieses Verhältnis wird in winzigen Meereslebewesen, die während ihres Lebens Foraminiferen genannt werden, eingebaut und dann in ihren Schalen aufbewahrt, wenn sie sterben. Durch die Analyse ihrer Fossilien, die vom Ocean Drilling Program aus dem Nordatlantik, Nordpazifik und Südatlantik gesammelt wurden, konnten Kast und ihre Kollegen das Verhältnis von 15N zu 14N des alten Ozeans rekonstruieren und so vergangene Veränderungen im Sauerstoffgehalt identifizieren.

Weder die Kontinente noch die Ozeane haben immer so ausgesehen, wie sie es heute tun. Diese “Paläokarten” zeigen, wie die Kontinente und Ozeane vor (oben) und während (unten) “der Kollision, die die Welt verändert hat”, aussahen, als die Landmasse, die heute der indische Subkontinent ist, nach Norden in Asien stieß und die Tethyssee schloss und den Himalaya bildete. Der globale Meeresspiegel war damals höher und schuf salzige flache Meere (hellblau), die einen Großteil Nordafrikas und teilweise die anderen Kontinente bedeckten. Ein Team von Forschern aus Princeton schuf mit Hilfe von Proben, die an den drei Sternenorten gesammelt wurden, eine beispiellose Aufzeichnung der Stickstoff- und Sauerstoffwerte im Ozean von vor 70 Millionen Jahren bis 30 Millionen Jahren, die eine große Veränderung in der Ozeanchemie nach der Kollision zwischen Indien und Asien zeigt. Eine weitere Veränderung kam vor 35 Millionen Jahren, als die Antarktis begann, zu vereisen und der globale Meeresspiegel fiel.
(Ill: Bilder, die von Emma Kast, Princeton University, mit paläogeographischen Rekonstruktionen aus Deep Time Maps erstellt wurden, mit deren Erlaubnis.)

Sauerstoff kontrolliert die Verbreitung mariner Organismen, wobei sauerstoffarmes Wasser für die meisten Meereslebewesen schlecht ist. Viele vergangene Klimaerwärmungsereignisse führten zu einem Rückgang des Sauerstoffs im Ozean, was die Lebensräume der Meeresbewohner einschränkte, vom mikroskopischen Plankton bis zu den Fischen und Walen, die sich von ihnen ernährten. Wissenschaftler, die versuchen, die Auswirkungen der gegenwärtigen und zukünftigen globalen Erwärmung vorherzusagen, haben davor gewarnt, dass ein niedriger Sauerstoffgehalt im Meer die marinen Ökosysteme, einschließlich wichtiger Fischpopulationen, dezimieren könnte.

Als die Forscher ihre beispiellose geologische Aufzeichnung von Ozeanstickstoff zusammenstellten, fanden sie heraus, dass in den 10 Millionen Jahren nach dem Aussterben der Dinosaurier das Verhältnis von 15N zu 14N hoch war, was darauf hindeutet, dass der Sauerstoffgehalt im Meer niedrig war. Sie dachten zunächst, dass das warme Klima der damaligen Zeit verantwortlich sei, da Sauerstoff in wärmeren Gewässern weniger löslich sei. Aber das Timing erzählte eine andere Geschichte: Der Wechsel zu höherem Meeressauerstoff erfolgte vor rund 55 Millionen Jahren, in einer Zeit anhaltend warmen Klimas.

“Entgegen unseren ersten Erwartungen war das globale Klima nicht die Hauptursache für diese Veränderung des Sauerstoff- und Stickstoffkreislaufs im Ozean”, sagte Kast. Der wahrscheinlichere Täter?: Die Plattentektonik. Die Kollision Indiens mit Asien – von dem legendären Geowissenschaftler Wally Broecker, einem Begründer der modernen Klimaforschung, als “Kollision, die die Welt verändert hat” bezeichnet – schloss sich ein altes Meer namens Tethys und störte die Kontinentalschelfe und ihre Verbindungen zum offenen Ozean.

“Über Millionen von Jahren haben tektonische Veränderungen das Potenzial, massive Auswirkungen auf die Ozeanzirkulation zu haben”, sagte Sigman. Aber das bedeutet nicht, dass der Klimawandel nicht ausgeschlossen werden kann, fügte er hinzu. “Auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden hat das Klima die Oberhand.”



Veröffentlichung: Emma R. Kast et al. Nitrogen isotope evidence for expanded ocean suboxia in the early Cenozoic, Science (2019). DOI: 10.1126/science.aau5784

Quelle: off. Pm der Princeton University



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Pia Gaupels

Gründerin bei GeoHorizon
Pia Gaupels, *86, Bibliotheksinformationsstudium an der TH Köln von 2007-2010. Studiert seit 2014 an der Universität Münster Geowissenschaften. Der Schwerpunkt liegt auf Planetare Geologie und Geoinformationswissenschaften. 2015 gründete Sie die Seite Geohorizon. Sie ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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