Forscher der University of Southampton haben zusammen mit Kollegen anderer Universitäten eine mögliche Ursache für eines der extremsten und abruptesten globalen Erwärmungsereignisse in der Erdgeschichte entdeckt. Vor 56 Millionen Jahren führte ein Prozess, der als Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum (PETM) bekannt ist, zu einer Erwärmung des Planeten um 5 bis 8 Grad Celsius und dauerte etwa 170.000 Jahre. Diese signifikante Temperaturzunahme hatte massive Auswirkungen auf die Evolutionsgeschichte des Lebens auf der Erde, darunter das Aussterben vieler Tiefseeorganismen.
Die Forscher schlagen vor, dass die umfangreiche Dehnung der kontinentalen Platten auf der Nordhalbkugel – ähnlich dem Ziehen an einem Toffee, das dünner wird und schließlich reißt – den Druck im tiefen Inneren der Erde massiv verringerte. Dies führte zu intensiver, aber kurzlebiger Schmelzung im Mantel – einer Schicht aus zähflüssigem, geschmolzenem Gestein direkt unterhalb der Erdkruste. Die daraus resultierende vulkanische Aktivität fiel mit einem massiven Ausstoß von Kohlenstoff in die Atmosphäre zusammen, der wahrscheinlich die PETM-Erwärmung verursachte.
Die Ergebnisse der Studie sollen in der Zeitschrift Nature Geoscience veröffentlicht werden. Dr. Tom Gernon, Associate Professor für Erdwissenschaften an der University of Southampton und Hauptautor der Studie, erklärt: „Trotz der Bedeutung und breiteren Relevanz des PETM für den globalen Wandel heute wird die zugrundeliegende Ursache heiß diskutiert. Es wird allgemein angenommen, dass eine plötzliche und massive Freisetzung des Treibhausgases Kohlenstoff aus dem Erdinneren dieses Ereignis angetrieben hat, doch das Ausmaß und das Tempo der Erwärmung sind durch herkömmliche vulkanische Prozesse schwer zu erklären.“
Durch die Untersuchung von Gesteinsarchiven, die unter dem Meeresboden nahe dem Rand des Atlantischen Ozeans gebohrt wurden, fanden die Forscher entscheidende Beweise für eine abrupte und weit verbreitete Episode vulkanischer Aktivität im Nordatlantik, die etwas mehr als 200.000 Jahre dauerte – auffallend ähnlich der Dauer des PETM.
Diese Entdeckung veranlasste das Team, eine breitere Untersuchung der Nordatlantikregion, einschließlich Grönlands und der Färöer-Inseln, durchzuführen. Hier stellten sie fest, dass kilometerdicke Lavaschichten, die kurz vor dem PETM zu eruptieren begannen, ungewöhnliche Zusammensetzungen aufwiesen, die auf eine erhebliche Zunahme der Schmelzung des obersten festen Teils des Erdmantels unter dem Kontinent hindeuten.
„Dieser Befund ist bedeutend, denn wir wissen, dass Teile des kontinentalen Mantels in dieser Region reich an Karbonaten sind, einer wichtigen Kohlenstoffquelle“, erklärt Dr. Gernon. „Diese rasche Zunahme der Mantelschmelze hat wahrscheinlich ein sehr großes Volumen an Kohlenstoff freigesetzt – sicherlich mehr, als wir bisher erwartet hatten.“
Das intensive vulkanische Geschehen ereignete sich gerade, als die kontinentale Landmasse, die Grönland und Europa verband, am intensivsten durch tektonische Kräfte gedehnt wurde. Schließlich trennten sich Nordamerika und Grönland endgültig von Europa, was zur Entstehung des Nordatlantischen Ozeans führte. Die Wissenschaftler glauben, dass es diese letzte Phase der Dehnung war, die zu einer erheblichen Schmelzung im Erdmantel führte, was zu massiven Kohlenstofffreisetzungen und folglich zu globaler Erwärmung führte.
Die Forscher verwenden eine Reihe verschiedener Modelle, um zu schätzen, wie viel Kohlenstoff durch diesen Prozess freigesetzt werden könnte. Dr. Thea Hincks, Senior Research Fellow an der University of Southampton und Mitautorin der Studie, sagt: „Unter Verwendung physikalisch realistischer Schätzungen der Schlüsselmerkmale dieser vulkanischen Systeme zeigen wir, dass die Menge an Kohlenstoff, die benötigt wird, um die Erwärmung anzutreiben, durch erhöhte Schmelzung erreicht werden könnte.“
Die Wissenschaftler schlussfolgern, dass schnelle Gasfreisetzungen aus der festen Erde eine wichtige Rolle bei der Auslösung abrupter Erwärmungsereignisse wie des PETM spielen, die wahrscheinlich während vieler anderer Zeiten in der Erdgeschichte aufgetreten sind. „Solche schnellen Ereignisse verursachen eine grundlegende Neuorganisation der Erdoberfläche und verändern umfangreiche Ökosysteme“, schließt Dr. Gernon ab.
Reference:
- Gernon, T.M., Barr, R., Fitton, J.G. et al. Transient mobilization of subcrustal carbon coincident with Palaeocene–Eocene Thermal Maximum. Nat. Geosci, 2022 DOI: 10.1038/s41561-022-00967-6