Nach dem gewaltigen Asteroiden-Einschlag auf die Erde vor 66 Millionen Jahren versank der Planet für mehr als ein Jahr in Dunkelheit. Dies lag an grossen Mengen Russ, die infolge von weltweiten Flächenbränden nach dem Einschlag in die Atmosphäre gelangten, wie US-Forscher im Fachblatt «PNAS» berichten.
Ohne Sonnenlicht kam die Photosynthese der Pflanzen zum Erliegen und die Temperaturen sanken erheblich. Dies habe zum Massensterben am Ende der Kreidezeit beigetragen, bei dem etwa zwei Drittel aller Tierarten ausstarben, darunter die Dinosaurier.
Der Einschlag des Asteroiden auf der Yucatán-Halbinsel im heutigen Mexiko wird seit langem mit dem Massensterben am Ende der Kreidezeit in Verbindung gebracht. Was genau geschah, ist aber unter Forschern umstritten. Als gesichert gilt, dass der Einschlag unmittelbar Erdbeben, Tsunamis und Vulkanausbrüche auslöste, die sich verheerend auf die damaligen Bewohner des Planeten auswirkten. Wie weit diese Naturkatastrophen sich weiter abseits des Einschlagortes auswirkten, ist aber weniger gut geklärt.
Simulation des Untergangs
Einige Experten gehen deshalb davon aus, dass es vor allem langfristige Veränderungen des Klimas waren, die das Massensterben auslösten - hervorgerufen durch die Ansammlung von Partikeln in oberen Atmosphärenschichten. Die Wissenschaftler um Charles Bardeen vom National Center for Atmospheric Research vermuten, dass vor allem Russpartikel dabei eine Rolle spielten, die bei grossflächigen Bränden freigesetzt wurden.
Welche klimatischen Veränderungen der Russausstoss nach sich zog, simulierten die Forscher nun mit Hilfe eines hochauflösenden Computermodells. «Unsere Studie greift die Geschichte nach den anfänglichen Auswirkungen auf - nach den Erdbeben, den Tsunamis und der grossen Hitze«, erläutert Bardeen. «Wir wollten die langfristigen Konsequenzen der Russmengen untersuchen, die unserer Ansicht nach entstanden, und was diese Konsequenzen für die verbliebenen Tiere bedeuteten.»
Die Menge an freigesetztem Russ hatten andere Wissenschaftler in früheren Studien bereits auf etwa 15'000 Millionen Tonnen beziffert. Bardeen und sein Team speisten diese Angabe - sowie kleinere und grössere Russmengen - in ihr Simulationsmodell ein.
Russ-Schicht in der Atmosphäre
Nach Abschluss der Berechnungen beschreiben sie folgendes Szenario: Die Russpartikel wurden durch das Sonnenlicht zunächst erhitzt, stiegen immer höher in die Atmosphäre auf und verteilten sich um den Globus. Dort bildeten sie schliesslich eine Schicht, durch die kaum noch Sonnenlicht auf die Erde gelangte. Es sei dadurch zunächst so dunkel wie in einer mondhellen Nacht gewesen.
Für mehr als anderthalb Jahre kam dadurch die Photosynthese zum Erliegen - der Prozess, über den Pflanzen und vielen Algen die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie umwandeln. Da an Land die meisten Pflanzen vermutlich ohnehin schon durch die Brände ausgelöscht gewesen sein dürften, habe dies vermutlich vor allem das Phytoplankton in den Ozeanen betroffen, das am Beginn der marinen Nahrungskette stehe. Dies dürfte schliesslich zum Aussterben vieler mariner Arten geführt haben.
Infolge der anhaltenden Dunkelheit sank auch die Temperatur auf der Erde - um etwa 28 Grad Celsius an Land und um 11 Grad in den Ozeanen. Die obere Atmosphäre heizte sich hingegen gewaltig auf - um bis zu 200 Grad -, da die Russpartikel das Sonnenlicht reflektierten. Dies sowie das nachfolgende Einströmen von Wasserdampf in die oberen Atmosphärenschichten führte nach und nach zur Zerstörung der Ozonschicht. Schädliche UV-Strahlen gelangten zeitweise auf die Erde.
In einer sich langsam abkühlenden Umgebung löste der Wasserdampf über Niederschläge innerhalb von wenigen Monaten schliesslich die Russschicht auf. Zu diesem Zeitpunkt war ein Grossteil der Tierarten vermutlich von der Erde verschwunden.
Kombination von Studien
«Die Forscher haben ein tolles Klimamodell genutzt, mit dem sich die Abläufe in der Atmosphäre, wie die Zirkulation oder Niederschläge, sehr gut simulieren lassen», kommentiert Julia Brugger vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) die Arbeit ihrer Kollegen. «Die Ergebnisse sind sehr plausibel, sie erklären nicht alles, aber vieles, was man mit so einem Modell erklären kann.«
Die Forscherin hatte mit ihrem Team Anfang des Jahres selbst eine Studie zu den Ursachen des Massensterbens vorgestellt. Der zufolge sorgten Schwefelaerosole, die beim Aufschlag des Asteroiden auf schwefelhaltiges Gestein entstanden, für eine Verdunklung und starke Abkühlung der Erde.
»Wir haben eine noch viel stärkere Abkühlung gefunden als in der jetzigen Studie. Zudem glauben wir, dass es in den Ozeanen durch den Temperatursturz zu einer Umwälzung der Wassermassen kam. Dies hat einige Jahre nach dem Einschlag Nährstoffe in die oberen Schichten transportiert und womöglich eine toxische Algenblüte hervorgerufen.» Spannend wäre es, beide Studien zu kombinieren, um das Geschehen vor Jahrmillionen noch besser verstehen zu können. (SDA)