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Ordovizium: Massenaussterben durch Abkühlung?

Vergletscherung könnte zwei gegenläufige Effekt auf die Meereswelt gehabt haben

Fossilien
Fossilien vom Ende des Ordoviziums aus einer Gesteinsformation in Quebec. © André Desrochers/ University of Ottawa

Mysteriöse Todesfälle: Forscher haben neue Hinweise auf die Ursachen des Massenaussterbens vor 445 Millionen Jahren gefunden. Denn ihren Daten zufolge kann auch eine globale Abkühlung, wie sie damals herrschte, zu einem Sauerstoffschwund im Meer führen. Am Ende des Ordoviziums breiteten sich dadurch sauerstoffarme Todeszonen in der Tiefsee aus. Warum allerdings damals auch die Bewohner der sauerstoffreichen Flachwasserzonen ausstarben, bleibt vorerst ungeklärt.

Vor rund 445 Millionen Jahren ereignete sich eines der schwerwiegendsten Massenaussterben der Erdgeschichte: Rund 85 Prozent aller Arten und gut hundert Familien mariner Organismen wurden damals ausgelöscht. Besonders hart traf es die Lebensgemeinschaften an den urzeitlichen Korallenriffen. Moostierchen, Korallen und Brachiopoden starben aus und auch die dominierenden Nautiloideen gingen fast alle zugrunde.

Ordovizium
Nach einer wahren Explosion der Artenvielfalt im frühen und mittleren Ordovizium starben 85 Prozent der Arten am Ende dieses Zeitalters wieder aus.© Fritz Geller-Grimm /CC-by-sa 2.5

Eine Vergletscherung und zwei Aussterbe-Schübe

Doch was war der Auslöser für dieses Massenaussterben am Ende des Ordoviziums? Studien zufolge kühlte sich das Klima gegen Ende dieses Zeitalters um rund fünf Grad ab und weite Teile des Urkontinents Gondwana vergletscherten. Als Ursache dafür sehen einige Forscher die Kontinentalrift, andere vermuten einen kosmischen Auslöser in Form von vermehrtem Asteroidenstaub. Als Folge könnten sich einerseits neue Arten gebildet haben, andererseits aber könnte dies zwei Schübe des Massenaussterbens ausgelöst haben: einer zu Beginn der Vergletscherung und ein zweiter an deren Ende.

Während der erste Aussterbe-Schub mit der Klimaabkühlung verknüpft wird, ist die Ursache des zweiten Schubes weniger klar. Als möglicher Kandidat gilt aber eine Ausbreitung sauerstoffarmer „Todeszonen“ am Meeresgrund. „Der gängigen Lehrmeinung nach wurde das zweite Artensterben dadurch ausgelöst, dass sich der Sauerstoffschwund beim Abklingen der Vergletscherung auf die Schelfgebiete ausdehnte“, erklären Alexandre Pohl von der University of California Riverside und seine Kollegen.

Widersprüche zwischen Daten und Szenarien

Allerdings wirft dieses Szenario einige Fragen und Widersprüche auf, wie die Wissenschaftler erklären. Denn üblicherweise führt eine Klimaabkühlung eher zu einer Zunahme des Sauerstoffgehalts im Meer, weil sich das Atemgas in kühlerem Wasser besser löst und die Wasserschichten besser durchmischt werden. Anoxische Bedingungen treten dagegen eher bei einer Erwärmung der Meere auf.

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Hinzu kommt: „Die meisten Schichten, die in dieser Zeit in Schelfgebieten und an Kontinentalabhängen abgelagert wurden, zeigen einen Wandel zu mehr Sauerstoff gegen Ende des Ordoviziums“, berichten die Forscher. Dies widerspricht dem Szenario eines Sauerstoffschwunds in den am dichtesten besiedelten flachen Meeresgebieten. Um diese Widersprüche aufzuklären, haben Pohl und sein Team zunächst noch einmal Isotopendaten aus der ordovizischen Tiefsee und den flachen Schelfgebieten überprüft.

Sauerstoffschwund in der Tiefe

Das Ergebnis: Die Messdaten bestätigen zwar, dass die flacheren Meeresgebiete auch während des Massenaussterbens sauerstoffreich blieben. „Diese Reaktion der oberen Ozeanschichten auf die Abkühlung haben wir erwartet, weil sich der Sauerstoff in kälterem Wasser besser löst“, erklärt Pohl. „Aber wir waren überrascht zu sehen, das es parallel dazu ausgedehnte Sauerstoffarmut in den tieferen Schichten gab – etwas, das eigentlich mit einer globalen Erwärmung assoziiert ist.“

Wie es zu diesen gegenläufigen Trends gekommen sein könnte, untersuchte das Team anschließend mithilfe von Ozean-Klimamodellen, in denen sie 30 verschiedene Szenarien durchlaufen ließen. Tatsächlich fanden die Forscher dabei eines, das die Bedingungen in den Meeren am Ende des Ordoviziums rekonstruieren konnte – und auch den erhöhten Sauerstoffschwund trotz Abkühlung des Klimas.

Reichlich Sauerstoff oben machte ihn unten knapp

Der Rekonstruktion nach lief das Massenaussterben vor rund 445 Millionen demnach so ab: Zuerst führte die Vergletscherung und damit verknüpft ein Absinken des Meeresspiegels dazu, dass ein Teil der marinen Organismen ihre Lebensräume verloren. Gleichzeitig kühlte sich die Meeresoberfläche ab und wurde sauerstoffreicher. Weil im kalten Wasser aber auch Abbauprozesse langsamer ablaufen, sanken vermehrt unzersetzte Überreste von Algen und Plankton auf den Meeresgrund.

„Die geringere Mineralisation in der oberen Wassersäule ließ demzufolge eine größere Menge an organischem Material für die Zersetzung in größeren Tiefen übrig“, erklären Pohl und sein Team. Parallel dazu führte die Abkühlung der Meeresoberfläche dazu, dass sich großräumige Umwälzströmungen veränderten und dadurch weniger sauerstoffreiches Oberflächenwasser in die Tiefe absinken konnte. Zusammen mit der Zersetzung des organischen Materials am Meeresgrund verstärkte dies den Sauerstoffmangel im Tiefenwasser – sauerstoffarme Zonen wuchsen.

Auch eine Abkühlung kann „Todeszonen“ verursachen

„Jahrzehntelang galten vor allem Phasen der Erwärmung als Ursachen für marinen Sauerstoffschwund und eine verringerte Lebensfreundlichkeit der Ozeane“, erklärt Koautor Zunli Lu von der Syracuse University. „Aber jetzt gibt es immer mehr Belege dafür, dass es in der Erdgeschichte auch mehrfach Episoden gab, in denen die Sauerstoffgehalte durch eine Klimaabkühlung absanken.“ Auch am Ende des Ordoviziums könnte dies der Fall gewesen sein.

Allerdings: Auch das neue “Szenario erklärt nicht, warum auch so viele Bewohner der flachen Meeresgebiete wie beispielsweise der Korallenriffe damals ausstarben. Denn ihr Lebensraum blieb während des zweiten Aussterbeschubs am Ende des Ordoviziums sauerstoffreich und damit eigentlich lebensfreundlich. „Wir vermuten, dass die Abkühlung mit weiteren Faktoren interagiert haben muss, wie Veränderungen der Nährstoffkreislaufs oder der Primärproduzenten“, sagen Pohl und seine Kollegen. Eine endgültige Erklärung für das Massenaussterben haben demnach auch sie noch nicht. (Nature Geoscience, 2021; doi: 10.1038/s41561-021-00843-9)

Quelle: Syracuse University

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