Vulkanausbrüche vor 66 Millionen Jahren ließen die Temperaturen erst fallen – und heizten dann die Erde auf

Vor rund 66 Millionen Jahren erschütterten gewaltige Vulkanausbrüche die Erde. Sie schleuderten riesige Mengen an Gasen und Asche in die Atmosphäre, veränderten das Klima und könnten sogar zum Aussterben der Dinosaurier beigetragen haben. Ein internationales Forschungsteam, darunter Experten der Universität Bremen, hat nun herausgefunden, dass diese Eruptionen das Klima in zwei entscheidenden Phasen beeinflussten. Die neuen Erkenntnisse zeigen, wie stark Vulkane das Ökosystem und das Wettergeschehen der Erde über Millionen Jahre prägen können.

Wie Forscher das Klima der Vergangenheit entschlüsseln

Um die Zusammenhänge zwischen Vulkanausbrüchen und Klimaveränderungen zu verstehen, untersuchten die Wissenschaftler geologische Schichten aus dem Meeresboden. In diesen Ablagerungen sind chemische Spuren aus vergangenen Erdzeitaltern gespeichert – eine Art natürliches Archiv.

Das Team nutzte eine besondere Methode: Sie analysierten Bohrkerne aus dem Atlantik und Pazifik und synchronisierten die Daten mit natürlichen Klimazyklen, sogenannten Milanković-Zyklen. Diese entstehen, weil sich die Umlaufbahn der Erde um die Sonne regelmäßig verändert, was wiederum das Klima beeinflusst.

„Wir haben die Bohrkerne mit einer Genauigkeit von 5.000 Jahren zeitlich geordnet – für Ereignisse, die vor 66 Millionen Jahren stattfanden, ist das extrem präzise“, erklärt Thomas Westerhold vom MARUM – Zentrum für Marine Umweltwissenschaften an der Universität Bremen.

Indiens riesige Vulkanausbrüche und ihre Folgen

Die Forscher richteten ihr Augenmerk auf die Dekkan-Trapp-Basalte in Indien. Diese vulkanische Formation entstand durch eine Serie von gewaltigen Eruptionen, die über Millionen Jahre hinweg ganze Landstriche mit Lava bedeckten. Experten sprechen hier von einer „Large Igneous Province“ – einem geologischen Gebiet, das durch großflächigen Vulkanismus entstanden ist. Solche Vulkanausbrüche setzen nicht nur Lava frei, sondern auch enorme Mengen an Gasen, die das Klima langfristig beeinflussen können.

Besonders bedeutsam sind zwei Gase: Kohlendioxid (CO2) und Schwefeldioxid (SO2). Während Kohlendioxid wie ein Treibhausgas wirkt und die Atmosphäre aufheizt, hat Schwefeldioxid eine gegenteilige Wirkung. In der oberen Atmosphäre verbindet es sich mit Wasserdampf und bildet winzige Schwefelsäuretröpfchen. Diese Partikel wirken wie Spiegel, die das Sonnenlicht zurück ins All reflektieren. Dadurch erreicht weniger Sonnenstrahlung die Erdoberfläche, was eine Abkühlung verursachen kann. Die entscheidende Frage war nun, wie stark diese Effekte in der Vergangenheit das Klima beeinflusst haben.

Chemische Fingerabdrücke im Ozean

Um das herauszufinden, analysierten die Forscher geologische Ablagerungen aus den Tiefen des Atlantiks und Pazifiks. „Flutbasalte hinterlassen Spuren in der Chemie der Meere. Deshalb haben wir die Osmium-Isotopen-Zusammensetzung in Bohrkernen aus diesen Regionen untersucht“, erklärt der Wissenschaftler Junichiro Kuroda aus Tokio. Osmium ist ein Element, das in der Erdkruste und im Ozeanwasser in unterschiedlichen Mengen vorkommt. Veränderungen in seinem Verhältnis können darauf hinweisen, wann und in welchem Ausmaß vulkanische Aktivitäten stattfanden.

Das Ergebnis war eindeutig: In den untersuchten Bohrkernen fanden sich zwei deutliche Veränderungen in der chemischen Zusammensetzung. Diese stimmten exakt mit den Hauptphasen der Dekkan-Trapp-Eruptionen überein. Doch die Forscher entdeckten noch etwas Unerwartetes.

Unterschiedliche Klimawirkungen der Eruptionen

Die beiden vulkanischen Phasen hatten nicht die gleichen Auswirkungen. Während eine Periode zu einer drastischen Erwärmung führte, verursachte die andere eine deutliche Abkühlung. Fossilienfunde in den Bohrkernen belegen, dass diese Klimaschwankungen das Leben in den Ozeanen erheblich veränderten.

Die Universität Bremen spielte eine zentrale Rolle bei der Analyse dieser Daten. Die Wissenschaftler vermuten, dass die erste Phase des Vulkanismus größere Mengen an Schwefeldioxid freisetzte, was kurzfristig zu einer Abkühlung führte. Spätere Eruptionen gaben vor allem Kohlendioxid ab und sorgten für eine längerfristige Erwärmung.

Neue Erkenntnisse über die Klimawirkung von Vulkanen

„Unsere Daten zeigen, dass die Dekkan-Trapp-Eruptionen in verschiedenen Phasen stattfanden und dabei sehr unterschiedliche Effekte auf das Klimasystem hatten“, erklärt Don Penman von der Utah State University, der an den geochemischen Modellierungen beteiligt war.

Diese Erkenntnisse sind nicht nur für die Erforschung der Vergangenheit spannend. Sie zeigen auch, wie stark Vulkanausbrüche langfristig das Klima beeinflussen können – eine wichtige Information, um heutige und zukünftige Klimaveränderungen besser zu verstehen.

Kurz zusammengefasst:

• Vulkanausbrüche können das Klima stark verändern, indem sie riesige Mengen an Kohlendioxid (CO2) und Schwefeldioxid (SO2) freisetzen – CO2 erwärmt die Atmosphäre, während SO2 feine Partikel bildet, die das Sonnenlicht reflektieren und eine Abkühlung bewirken können.
• Forscher untersuchten Bohrkerne aus dem Meeresboden, um die Klimaveränderungen nach großen Vulkanausbrüchen zu rekonstruieren. Die chemischen Spuren in diesen Ablagerungen zeigten, dass die Eruptionen der Dekkan-Trapp-Basalte vor 66 Millionen Jahren das Klima in zwei Phasen beeinflussten – eine führte zur Abkühlung, die andere zur Erwärmung.
• Die Ergebnisse helfen zu verstehen, wie Vulkane langfristig das Erdklima steuern, da sie durch verschiedene Gase entweder eine Erwärmung oder eine Abkühlung auslösen können. Diese Erkenntnisse sind auch für heutige Klimaforschungen von großer Bedeutung.

Bild: © Blair Schoene, Princeton University