Fossile Muscheln zeigen, dass die Tage vor 70 Millionen Jahren eine halbe Stunde kürzer waren

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Die Erde drehte sich am Ende der Zeit der Dinosaurier schneller als heute. Laut einer neuen Studie über fossile Muschelschalen aus der späten Kreidezeit drehte sich die Erde 372 Mal pro Jahr, verglichen mit den heutigen 365 Mal. Das bedeutet, dass ein Tag nur 23,5 Stunden dauerte, wie die neue Studie in der Zeitschrift Paleoceanography and Paleoclimatology der AGU zeigt.

Die Muscheln, die zu der ausgestorbenen und sehr vielfältigen Gruppe der so genannten Rudistenmuscheln gehören, wuchsen schnell und legten tägliche Wachstumsringe ab. In der neuen Studie wurden mit Hilfe von Lasern winzige Scheiben der Schale entnommen und die Jahresringe genauer gezählt, als dies mit Mikroskopen der Fall ist. Die Jahrringe erlaubten es den Forschern, die Anzahl der Tage im Jahr zu bestimmen und die Länge eines Tages vor 70 Millionen Jahren genauer zu berechnen. Die neue Messung dient als Grundlage für Modelle, die Auskunft darüber geben, wie sich der Mond in der 4,5 Milliarden Jahre dauernden Geschichte des Erde-Mond-Gravitationstanzes gebildet hat und wie nahe er der Erde war. Die neue Studie fand auch bestätigende Beweise dafür, dass die Mollusken photosynthetische Symbionten beherbergten, die die Riffbildung in der Größenordnung der heutigen Korallen gefördert haben könnten.

Die hohe Auflösung der neuen Studie in Verbindung mit der schnellen Wachstumsrate der fossilen Muscheln enthüllte beispiellose Details darüber, wie das Tier lebte und unter welchen Wasserbedingungen es wuchs, und zwar bis zu einem Bruchteil eines Tages. “Wir haben etwa vier bis fünf Datenpunkte pro Tag, und das ist etwas, das man in der geologischen Geschichte fast nie bekommt. Wir können im Grunde einen Tag vor 70 Millionen Jahren betrachten. Das ist ziemlich erstaunlich”, sagte Niels de Winter, ein analytischer Geochemiker an der Vrije Universiteit Brüssel und der Hauptautor der neuen Studie. Klimarekonstruktionen der Vergangenheit beschreiben typischerweise langfristige Veränderungen, die auf der Skala von Zehntausenden von Jahren auftreten. Studien wie diese geben einen Einblick in die Veränderungen auf der Zeitskala von Lebewesen und haben das Potenzial, die Kluft zwischen Klima- und Wettermodellen zu überbrücken.

Die chemische Analyse der Schalen zeigt, dass die Meerestemperaturen in der späten Kreidezeit wärmer waren als bisher angenommen, im Sommer 40 Grad Celsius und im Winter über 30 Grad Celsius erreichten. Die hohen Temperaturen im Sommer näherten sich wahrscheinlich den physiologischen Grenzen für Mollusken, sagte de Winter. “Die hohe Genauigkeit dieses Datensatzes hat es den Autoren ermöglicht, zwei besonders interessante Schlussfolgerungen zu ziehen, die unser Verständnis sowohl der Astrochronologie der Kreidezeit als auch der rudistischen Paläobiologie schärfen helfen”, sagte Peter Skelton, ein pensionierter Dozent für Paläobiologie an der Open University und ein mit der neuen Studie nicht verbundener Rudistenexperte.

Alte Riffbauer

Die neue Studie analysierte ein einzelnes Individuum, das über neun Jahre lang auf einem flachen Meeresboden in den Tropen lebte – ein Ort, der heute, 70 Millionen Jahre später, trockenes Land in den Bergen des Omans ist. Torreites Sanchezi-Mollusken sehen aus wie hohe Biergläser mit Deckeln. Die alten Mollusken hatten zwei Schalen oder Ventile, die sich wie asymmetrische Klappen in einem Scharnier trafen und in dichten Riffen wuchsen, wie heutige Austern es tun. Sie gediehen in Wasser, das weltweit mehrere Grad wärmer war, als die modernen Ozeane. In der späten Kreidezeit dominierten Rudisten wie T. sanchezi die riffbildende Nische in tropischen Gewässern auf der ganzen Welt und füllten die Rolle aus, die die Korallen heute spielen. Sie verschwanden im selben Ereignis, das die nicht-avischen Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren tötete.

“Rudisten sind ganz besondere Muscheln. Es gibt nichts Vergleichbares mit dem, was heute lebt”, sagte de Winter. “Besonders in der späten Kreidezeit waren diese Muscheln weltweit der größte Teil der Riffbauer. Sie übernahmen also wirklich die ökosystembildende Rolle, die die Korallen heute haben.” Die neue Methode fokussierte einen Laser auf kleine Teile der Schale, wodurch Löcher von 10 Mikrometern Durchmesser, also etwa so breit wie ein rotes Blutkörperchen, entstanden. Die Spurenelemente in diesen winzigen Proben geben Aufschluss über die Temperatur und die Chemie des Wassers zum Zeitpunkt der Bildung der Schale. Die Analyse lieferte genaue Messungen der Breite und Anzahl der täglichen Wachstumsringe sowie der jahreszeitlichen Muster. Die Forscher verwendeten jahreszeitliche Schwankungen in der versteinerten Schale, um Jahrgänge zu identifizieren.

In einem Querschnitt durch das in der neuen Studie analysierte Exemplar der rudistischen Muschel Torreites sanchezi sind Tages- und Saisonschichten sichtbar. Der rote Kasten hebt gut erhaltene Teile der Muschel hervor. Die Einsätze zeigen mikroskopische Bilder der Tagesschichten, die in Gruppen gebündelt sind, die wahrscheinlich mit den 14/28-tägigen Gezeitenzyklen in Verbindung stehen. (Foto: AGU)

Die neue Studie fand heraus, dass sich die Zusammensetzung der Schale im Laufe eines Tages stärker veränderte als im Laufe der Jahreszeiten oder durch die Zyklen der Meeresgezeiten. Die feinskalige Auflösung der Tagesschichten zeigt, dass die Schale während des Tages viel schneller wuchs als in der Nacht. “Diese Muschel hatte eine sehr starke Abhängigkeit von diesem Tageszyklus, was darauf hindeutet, dass sie Photosymbionten hatte”, sagte de Winter. ” Man hat den Tag-Nacht-Rhythmus des Lichts in der Schale erfassen können.” Dieses Ergebnis lässt vermuten, dass das Tageslicht für die Lebensweise der fossilen Muscheln wichtiger war, als man erwarten würde. Den Autoren zufolge ernährte sich die Muschel hauptsächlich durch das Filtern von Nahrung aus dem Wasser, wie z.B. moderne Muscheln und Austern es tun. De Winter sagte, dass die Mollusken wahrscheinlich eine Beziehung zu einer symbiotischen Spezies hatten, die sich von Sonnenlicht ernährte, ähnlich wie lebende Riesenmuscheln, die symbiotische Algen beherbergen.

“Bis jetzt waren alle veröffentlichten Argumente für eine Photosymbiose bei Rudisten im Wesentlichen spekulativ, auf lediglich suggestiven morphologischen Merkmalen basierend, und in einigen Fällen nachweislich falsch. Dieses Paper ist das erste, das überzeugende Beweise für diese Hypothese liefert”, sagte Skelton, warnte aber davor, dass die Schlussfolgerung der neuen Studie spezifisch für Torreites war und nicht auf andere Rudisten verallgemeinert werden konnte.

Rückzug des Mondes

De Winters sorgfältige Auszählung der Anzahl der täglichen Schichten ergab 372 für jedes Jahresintervall. Dies war keine Überraschung, denn die Wissenschaftler wissen, dass die Tage in der Vergangenheit kürzer waren. Das Ergebnis ist jedoch das genaueste, das jetzt für die späte Kreidezeit verfügbar ist und hat eine überraschende Anwendung für die Modellierung der Entwicklung des Erde-Mond-Systems. Die Länge eines Jahres war in der Erdgeschichte konstant, da sich die Umlaufbahn der Erde um die Sonne nicht ändert. Aber die Anzahl der Tage innerhalb eines Jahres hat sich im Laufe der Zeit verkürzt, weil die Tage länger geworden sind. Die Länge eines Tages hat sich ständig verlängert, da die durch die Schwerkraft des Mondes verursachte Reibung durch die Meeresgezeiten die Erdrotation verlangsamt.

Die Anziehungskraft der Gezeiten beschleunigt den Mond in seiner Umlaufbahn ein wenig, so dass sich der Mond bei der Verlangsamung der Erdrotation weiter weg bewegt. Der Mond entfernt sich mit 3,82 Zentimetern (1,5 Zoll) pro Jahr von der Erde. Präzise Lasermessungen der Entfernung von der Erde zum Mond haben diese zunehmende Entfernung gezeigt, seit das Apollo-Programm hilfreiche Reflektoren auf der Mondoberfläche hinterlassen hat.

Die Wissenschaftler kommen jedoch zu dem Schluss, dass sich der Mond im Laufe seiner Geschichte nicht mit dieser Geschwindigkeit entfernt haben kann, denn eine Projektion seines Verlaufs in die Vergangenheit würde den Mond vor nur 1,4 Milliarden Jahren in das Innere der Erde zurückversetzen. Die Wissenschaftler wissen aus anderen Quellen, dass der Mond schon viel länger existiert und höchstwahrscheinlich nach einer massiven Kollision zu Beginn der Erdgeschichte, vor über 4,5 Milliarden Jahren entstanden ist.

Die Rückzugsgeschwindigkeit des Mondes hat sich also im Laufe der Zeit verändert. Informationen aus der Vergangenheit, etwa ein Jahr im Leben einer urzeitlichen Muschel, helfen den Forschern, diese Geschichte und das Modell der Mondbildung zu rekonstruieren.Da 70 Millionen Jahre ein Wimpernschlag in der Geschichte des Mondes sind, hoffen de Winter und seine Kollegen, ihre neue Methode auf ältere Fossilien übertragen zu können und Momentaufnahmen von Tagen zu einer noch früheren Zeit machen zu können.



Veröffentlichung: Niels J. Winter et al, Subdaily‐Scale Chemical Variability in a Torreites Sanchezi Rudist Shell: Implications for Rudist Paleobiology and the Cretaceous Day‐Night Cycle, Paleoceanography and Paleoclimatology (2020).  DOI: 10.1029/2019PA003723

Quelle: off. Pm der American Geophysical Union

Titelbildunterschrift: Fossile rudistische Muschel aus dem Al-Hajar-Gebirge, Vereinigte Arabische Emirate. (Foto: Wikipedia, Wilson44691 – Eigene Arbeit, Public Domain)


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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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