Devon/Karbon-Grenze: Globale Erwärmung und schwindende Ozonschicht könnten Massenaussterben ausgelöst haben

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Wissenschaftler der Universität Southampton und des Sedgwick Museums of Earth Sciences zeigen, dass das Massenaussterben an der Devon/Karbon-Grenze, dem viele Pflanzen und Süßwasserlebewesen zum Opfer fielen, von einem kurzen Zusammenbrechen der irdischen Ozonschicht ausgelöst worden ist. Dieser beschriebene Mechanismus könnte auch schwerwiegende Implikationen für die gegenwärte Erwärmung haben.

Im Laufe der Erdgeschichte litt die Natur unter einer ganzen Reihe verschiedener Massenaussterbeereignisse. Während das Ereignis am Ende der Kreidezeit, vor 66 Millionen Jahren, aller Wahrscheinlichkeit nach vom Einschlag eines Asteroiden ausgelöst wurde, werden mindestens drei weitere mit ungewöhnlich hohen Vulkanaktivitäten in Verbindung gebracht. Ein nochmal ganz anderer Grund könnte hinter dem Aussterbeereignis am Ende des Devon (vor etwa 359 Millionen Jahren) liegen. Wissenschaftler konnten jetzt zeigen, dass dieses nach dem westfälischen Hangenberg auch Hangenberg-Krise genannte Aussterbeereignis mit einem plötzlichen Anstieg an UV-Strahlung in Zusammenhang gebracht werden kann. Die Ergebnisse wurden im Journal Science Advances veröffentlicht.

Das Massenaussterben während der Hangenberg-Krise war zweiphasig. Während es zuerst zu einem größeren Aussterben der Meereslebewesen kam, folgte etwa 300 Tausend Jahre später eine weitere Aussterbewelle bei den Landorganismen. Um diese zweite Welle besser zu verstehen, machte sich ein Team um John E. A. Marshall von der Universität Southampton und des Sedgwick Museums of Earth Sciences auf in die polaren Bergregionen Ostgrönlands sowie in die bolivianischen Anden. In beiden Regionen hatten es die Wissenschaftler auf Seesedimente vom Ende des Devon abgesehen, da diese wahrscheinlich fossile Spuren der zweiten Aussterbewelle erhalten. Beide Paläoseen lagen während der Devon/Karbon-Grenze noch auf der Südhalbkugel. Während sich die grönlandischen Sedimente in einem Trockengebiet des euro-amerikansichen Kontinents Oldredia befanden, lag der bolivianische See deutlich näher an der südlichen Polarregion. Beide Seen decken also verschiedene Klimazonen des damaligen Planeten ab.

Die Sedimentgesteine wurden von den Wissenschaftlern in Flusssäure aufgelöst um an die darin enthaltenen phosphatischen Sporenfossilien zu gelangen. Fossile Sporen oder Pollen, in diesem Fall Sporen von frühen Landpflanzen wie Farnen oder Bärlappgewächsen, sind direkte Zeugen der Vegetation im Umkreis der damaligen Seen und somit geeignete Anzeiger für vergangene Klimaverhältnisse. Und bei diesen Sporen konnten die Wissenschaftler unter dem Mikroskop etwas interessantes beobachten: in vielen Exemplaren waren die stachelartigen Skulptierungen stark verformt und die Außenhülle deutlich geschwärzt. Das ist laut den Wissenschaftlern ein Beleg für Schädigungen der einstigen Gensubstanz durch verstärkte UV-Strahlung (UV-B), wie sie zum Beispiel durch Verschwinden der atmosphärischen Ozonschicht entsteht.

Das kurzzeitige Einbrechen der Ozonschicht führt das Team um Marshall wiederum auf eine globale Erwärmung zurück. Wie die Forscher mittels Quecksilberanteilen im Gestein belegen, lässt sich diese Erwärmung nicht mit einer erhöhten Vulkanaktivität in Verbindung bringen. Stattdessen schlagen die Wissenschaftler einen anderen Prozess vor, der in Teilen auch auf heutigen Beobachtungen beruht. Das Devon endete mit der Hochphase einer natürlichen Eiszeit. Durch die rasche Erwärmung gelangte mehr Wasserdampf in die untere Stratosphäre, sodass dort eine erhöhte Produktion des “Ozonkillers” Chlormonoxid (ClO) angeregt wurde. Dies wiederum führte zu einem Einbrechen der lebenswichtigen Ozonschicht, weshalb die spätdevonischen Lebewesen für einige tausend Jahre der UV-Strahlung der Sonne fast schutzlos ausgeliefert waren. Insbesondere große Landpflanzen und Panzerfische fielen der erhöhten UV-Strahlung zum Opfer. Die Profiteure der zweiten Phase der Hangenberg-Krise waren kleinwüchsige Pflanzen sowie Knorpel- und Knochenfische.

Doch auch für die aktuelle Klimakrise könnten die Erkenntnisse von Marshalls Team recht interessant sein. Neben der bereits menschengemachten Beschädigung der heutigen Ozonschicht (“Ozonloch”), könnte die derzeitige Erwärmung wiederum einen zusätzlich negativen Einfluss auf die Ozonschicht nehmen. Eine verstärkte UV-Strahlung wäre somit ein weiterer Faktor, der die heutigen Ökosysteme mittel- bis langfristig gefährden könnte.

Veröffentlichung: Marshall, J. E., Lakin, J., Troth, I., & Wallace-Johnson, S. M. (2020). UV-B radiation was the Devonian-Carboniferous boundary terrestrial extinction kill mechanism. Science Advances, 6(22), eaba0768.

Pressemitteilung: University of Southampton

Titelbildunterschrift: UV-Einfluss auf Spore Grandispora cornuta. Links: gesunde Spore, rechts: Verformungen durch UV-Schädigung. Quelle: Marshall et al. (2020)

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Pascal Abel

Pascal Abel, Jahrgang 1994, hat an der Uni Erlangen Geowissenschaften mit den Vertiefungen Paläobiologie und Angewandter Sedimentologie studiert. Derzeit arbeitet er als Doktorand am SHEP Tübingen über die Schädelevolution von Landwirbeltieren. Nebenbei beschäftigt er sich auch mit ausgestorbenen Meeresreptilien und allgemein palökologischen Themen.

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