Die Evolution der Landpflanzen veränderte die Zusammensetzung der Erdkruste

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Eine neue Studie, an der ein internationales Forscherteam beteiligt war, hat ergeben, dass die Evolution der Landpflanzen eine plötzliche Veränderung in der Zusammensetzung der Kontinente der Erde verursacht hat. Die Entdeckung wurde gemacht, als man fossile Aufzeichnungen von Pflanzen mit Archiven von Umweltveränderungen und Aufzeichnungen der chemischen Zusammensetzung der Erdkruste der letzten 700 Millionen Jahre verknüpfte.

Auf diese Weise haben die Wissenschaftler eine dramatische Veränderung in der Zusammensetzung der Gesteine, aus denen die Kontinente der Erde bestehen, festgestellt. Sie wurde dadurch verursacht, dass die ursprüngliche Vegetation den Schlamm an Land festhielt und so verhinderte, dass er in die Flüsse und ins Meer gelangte.

Dr. Alex Brasier von der School of Geosciences der Universität Aberdeen ist einer der Mitautoren der Studie, an der Wissenschaftler der Universitäten Southampton, Cambridge, Wuhan in China und der Queen’s University in Kanada beteiligt waren. Die Studie wurde in der Fachzeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht.

“Die ersten Landpflanzen waren einfache, kleine Lebewesen wie Moose, die in feuchten Umgebungen an Land vor etwa 450 bis 420 Millionen Jahren während des Ordoviziums und Silurs lebten. Größere Pflanzen mit tieferen Wurzeln, die in trockeneren Umgebungen leben konnten, entwickelten sich kurz danach, in der Devonzeit.

Dr. Alex Brasier

“Diese primitiven Pflanzen breiteten sich über das Land aus und verwandelten den einst marsähnlichen Planeten aus kargem Gestein in eine Welt des Lebens, das in organisch reichen Böden wuchs. Einige der spektakulärsten und bedeutendsten Fossilien früher Landpflanzen auf der Erde stammen aus dem Dorf Rhynie in Aberdeenshire. Vor 407 Millionen Jahren fielen dort Mineralien aus einer heißen Quelle aus und versteinerten die Pflanzentriebe – zusammen mit anderen Dingen, die auf den Pflanzen lebten, wie z. B. den Vorfahren der Insekten.

Dr. Brasier fügte hinzu, dass die Erkenntnisse der Studie in die bevorstehende Untersuchung der Fossilien aus dem kleinen Dorf Rhynie in Aberdeenshire einfließen werden, das unter Paläontologen für seine spektakulären Fossilien von 407 Millionen Jahre alten primitiven Pflanzen bekannt ist.

“Wir arbeiten jetzt mit Kollegen von der Queen’s University an der Chemie des Gesteins aus den heißen Quellen von Rhynie, von der wir uns erhoffen, mehr über diese wichtige Fossillagerstätte zu erfahren und nach weiteren Hinweisen zu suchen, wie diese frühen Landpflanzen die Erde verändert haben.”

Die Ausbreitung von Pflanzen veränderte die Biosphäre der Erde – also die Teile der Erdoberfläche, in denen Leben gedeiht – völlig, wobei sich kleine Pflanzen später zu Bäumen entwickelten und den Weg für riesige, 2,5 Meter lange Tausendfüßler ebneten, die auf der Isle of Arran in den Kohlesümpfen der Karbonzeit ihre Spuren hinterließen, und später für die Entstehung der Dinosaurier.

Der Hauptautor der Studie, Dr. Christopher Spencer, Assistenzprofessor an der Queen’s University, erklärte, dass Pflanzen grundlegende Veränderungen in den Flusssystemen bewirkten, die zu mehr mäandrierenden Flüssen und schlammigen Überschwemmungsgebieten sowie zu dickeren Böden führten.

Er fügte hinzu: “Diese Veränderung war mit der Entwicklung von Pflanzenwurzelsystemen verbunden, die dazu beitrugen, riesige Mengen an Schlamm zu produzieren (indem sie Felsen abbauten) und Flusskanäle zu stabilisieren, die diesen Schlamm über lange Zeiträume zurückhielten.”

Das Team erkannte, dass die Erdoberfläche und das tiefe Erdinnere durch die Plattentektonik miteinander verbunden sind – Flüsse spülen Schlamm in die Ozeane und dieser Schlamm wird dann an Subduktionszonen in das geschmolzene Erdinnere gezogen, wo er geschmolzen wird und neue Gesteine bildet.

“Wenn diese Gesteine kristallisieren, bleiben Spuren ihrer Vorgeschichte zurück”, erklärt Dr. Tom Gernon, außerordentlicher Professor für Geowissenschaften an der Universität Southampton, Mitautor der Studie. “Wir stellten also die Hypothese auf, dass die Evolution der Pflanzen die Zufuhr von Schlamm in die Ozeane drastisch verlangsamen sollte und dass dieses Merkmal in den Gesteinsaufzeichnungen erhalten geblieben sein sollte – so einfach ist das.”

Um diese Idee zu verifizieren, untersuchte das Team eine Datenbank mit über fünftausend Zirkonkristallen, die sich in Magmen an Subduktionszonen gebildet haben – im Grunde genommen “Zeitkapseln”, die wichtige Informationen über die chemischen Bedingungen auf der Erde zum Zeitpunkt ihrer Kristallisation enthalten.

Das Team fand überzeugende Beweise für einen dramatischen Wandel in der Zusammensetzung der Gesteine, aus denen die Kontinente der Erde bestehen, der genau mit dem Auftreten der ersten Landpflanzen zusammenfällt.

Die Wissenschaftler fanden außerdem heraus, dass die chemischen Eigenschaften von Zirkonkristallen, die zu dieser Zeit entstanden, auf eine deutliche Verlangsamung des Sedimenttransfers in die Ozeane hindeuten, genau wie sie es vermutet hatten.

Die Forscher zeigen, dass die Vegetation nicht nur die Erdoberfläche veränderte, sondern auch die Dynamik der Schmelze im Erdmantel.

“Es ist erstaunlich, dass die Begrünung der Kontinente auch in der Tiefe der Erde zu erkennen ist”, so Dr. Spencer. “Hoffentlich regt diese bisher unerkannte Verbindung zwischen dem Erdinneren und der Oberflächenumgebung zu weiteren Untersuchungen an.”


Veröffentlichung: Christopher J. Spencer et al, Composition of continental crust altered by the emergence of land plants, Nature Geoscience (2022).  DOI: 10.1038/s41561-022-00995-2

Quelle: off. Pm der University of Aberdeen


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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 besitzt ausgeprägte Fähigkeiten in der Bild- und Videobearbeitung und arbeitet seit 2018 wieder als Bibliothekarin.

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