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Die sechs großen Massenausterbeereignisse in der Erdgeschichte

Mindestens fünf Mal gab es im Laufe unserer Erdgeschichte ein Ereignis, das man als Massenaussterben bezeichnet. Das bedeutet, dass in einem geologisch kurzen Zeitraum zahlreiche Arten verschwanden. Es muss ein größerer Teil der gesamten Artenzahl sein, damit man es als Massenaussterben bezeichnet, denn es gab auch sonst den Artenrückgang z.B., wenn Kontinente sich vereinigen und so Ozean- und Luftzirkulation sich verändern. Diese betreffen aber nicht so viele Arten und es verläuft langsamer. Aber auch der Begriff "geologisch kurz" ist dehnbar. Ein Massensterben kann sich über 10 Millionen Jahre hinweg ziehen, also länger als die gesamte Existenz der menschlichen Art.

Das nullte Massenaussterben im Präkambrium

MassenaussterbenWahrscheinlich gab es noch mehr Massensterben oder Massenextinktionen, wie sie auch heißen. Doch datieren können wir nur die, die ab dem Kambrium passierten. Auch wenn die ältesten Spuren von Leben 3,5 Milliarden Jahre alt sind. Obwohl Tiere und Pflanzen sich vor mindestens 2,4 Milliarden Jahren getrennt haben blieb das Leben die ersten 3.000 Millionen Jahren einzellig. Erst an der Grenze zum Kambrium vor rund 600 Millionen Jahren tauchten mehrzellige Lebewesen auf. Vorher haben einzellige Lebewesen kaum Möglichkeiten zu fossilieren und damit gibt es nur wenige Zeugnisse. Richtig sicher ist man sich nur bei den Masseaussterben, die es ab dem Kambrium gab. Nimmt man diese Grafik über die ausgestorbenen Arten im Laufe der letzten knapp 600 Millionen Jahren so sieht man dass es immer wieder viele verschwanden (CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=4084669). Die Grafik de Wikipedia ist etwas ungünstig. Man sollte vielmehr die Zahl der Arten angeben, da ist das deutlicher. Interessant wäre dann auch zu sehen, ob es nach einem Aussterbeereignis einen Gegeneffekt gibt, das nun viele neue Arten entstehen, wie das oft gesagt wird. Wenn ich aber nur die Prozentzahl der Arten angeben ohne die Artenzahl absolut, sieht man diesen Effekt nicht.

Zumindest eine Aussterbewelle im Präkambrium gilt aber als wissenschaftlich sicher. Das Leben begann ursprünglich anaerob. Die ersten Organismen oxidierten im Wasser gelöste organische Substanzen oder gelöste Mineralien wie Methan, Schwefelwasserstoff, Eisen. Derartige Bakterien gibt es heute noch und viele zählen zu den Archaebakterien, die man als urtümlich erachtet. Die Photosynthese gilt als die wichtigste Erfindung des Lebens. Denn sie eröffnet ihm den Zugang zu einer regenerativen Energiequelle: dem Sonnenlicht. Ohne diese "Erfindung" gäbe es heute kein höheres Leben. Sie ist aber auch für ein Massenaussterben verantwortlich. Vorher gab es schon Bakterien die anaerobe Abbauprovorgänge durchführten. Darunter versteht man die (teilweise) Oxidation von organischen Stoffen ohne Sauerstoff. Sie findet auch heute noch statt wenn Sauerstoffmangel herrscht. Aus Glucose erzeugen viele Organismen (und unsere Muskeln) z.B. Milchsäure. Substrate waren damals im Wasser gelöste anorganische und in der Atmosphäre gebildete organische Substanzen. Das Urey Experiment zeigte das solche entstehen wenn Blitze auf die Uratmosphäre einwirken. Anorganische Substanzen können Methan, Schwefelwasserstoff oder Ammoniak sein. Doch die vulkanische Aktivität nahm nach Abkühlung der Kruste ab und auch die Uratmosphäre verlor laufend Kohlendioxid. Später kam es dadurch sogar zu mehreren globalen Vereisungen. Ohne Photosynthese wäre das Leben bald an Nahrungsmangel zugrunde gegangen.

Die erste Photosynthese erfolgte durch Purpurbakterien. Bei der Photosynthese wird Kohlendioxid zu einer Kohlenstoffverbindung reduziert die mehr Energie beinhaltet. Die Energie für die Bindungen liefert das Licht. Die Reduktion erfolgt durch Wasserstoff. Er muss aus einer Verbindung abgespalten werden, die dann oxidiert wird. Die Purpurbakterien nutzen dazu das von Vulkanen ausgeschiedene Gas Schwefelwasserstoff, das es in großen Mengen im Wasser gab. Der Schwefelwasserstoff wird zu Schwefel oxidiert. Er fiel aus und bildete die ersten Schwefellagerstätten. Dies geschah vor rund 3000 Millionen Jahren und hatte noch keine Folgen für die Umwelt.

Einige Millionen Jahren später hatten die Cyanobakterien die heutige Form der Photosynthese entwickelt. Diese nutzt Wasser als Wasserstoffquelle. Als Abfallprodukt wird dann Sauerstoff frei. Diese Photosynthese ist der bakteriellen überlegen. Zum einen liefert die Reaktion mehr Energie pro Mol nur 20,6 gegenüber 268,8 KJ, pro Gramm ist es sogar nur ein 24-stel. So oxidieren die Schwefelbakterien meist auch den Schwefel zu Sulfat weiter, was dann zur Ausfällung von Gips aus dem Wasser führt. Vor allem aber ist Wasser in schier unerschöpflicher Menge auf der Erde vorhanden, der ausgefallene Schwefel oder Gips dagegen endgültig aus dem Biosphärenkreislauf entzogen.

Sauerstoff ist aber für die anaeroben Bakterien ein Gift, die meisten Bakterien waren nicht an ihn gewöhnt. Er verhindert bei den strengen Anaerobiern (die es es heute noch in großer Zahl unter den Archaebakterien gibt, einer Gruppe die unter extremen Bedingungen lebt von denen man annimmt, das sie schon damals existieren) das sie Stoffe oxidieren können und so Energie gewinnen. Sie sterben dann ab. Zum anderen reagierte der Sauerstoff mit zahlreichen im Wasser gelösten organischen und anorganischen Stoffen und entzog diesen Anaerobiern so die Nahrung. Eisen fiel z. B. als Eisen-III-Oxid aus. Eisen-II Ionen sind anders als Eisen-III dagegen wasserlöslich. Ein Großteil der Eisenerzvorkommen stammt aus dieser Zeit. Solange die Meere noch Eisenionen, aber auch andere oxidierbare Metallionen wie Kupfer, Kobalt oder Nickel enthielten waren die Anaerobier vor dem Sauerstoff geschützt, doch als diese Substanzen ausgefällt waren reicherte sich der Sauerstoff zuerst im Wasser und später in der Atmosphäre an, und Bakterien die zumindest den Sauerstoff nicht tolerieren konnten (ihn aber nicht nutzten) starben aus oder mussten sich in Gegenden zurückziehen wo sie vor Sauerstoff geschützt waren, z.B. heute noch in der Umgebung von Schwarzen Rauchern, die Schwefelwasserstoff und andere reduktive Gase und Metallionen austoßen. Dies wird als die große Sauerstoffkatastrophe bezeichnet. Sie ereignete sich aber schon vor 2.400 Milliarden Jahren. Sie ist auch die Einzige die im Präkambrium sicher ist. Genau datieren kann man sie nicht, da die Bakterien keine Fossilien bilden, doch vor 2,5 Milliarden Jahren findet man die ersten oxidierten Sedimente die für einen höheren Sauerstoffgehalt im Meerwasser sprechen. Gerade in die Mitte dieser Zeit (vor 2,4 Milliarden Jahren) wird auch das Aussterbeereignis datiert.

Die Photosynthese hatte übrigens noch eine zweite Umweltkatastrophe zur Folge: Nun entzogen die Cyanobakterien viel Kohlendioxid aus der Atmosphäre und der Treibhauseffekt nahm ab. So kam es vor 2,3 Milliarden Jahren zu einer so starken Abkühlung, dass die gesamte Erde und damit auch die Ozeane vereisten. Dadurch kam die Photosynthese zum Erliegen. Durch Abbau organischen Materials, aber auch die Vulkane die nach wie vor Kohlendioxid ausstießen stieg dann der Kohlendioxidgehalt wieder an, die Vereisung wich zurück und das spiel wiederholte sich, wenn durch Photosynthese dann der Gehalt an Treibhausgasen wieder sank. Über 200 Millionen Jahren gab es so mehrere Vereisungen und Tauperioden, bis durch die langsam intensivere Sonnenstrahlung (die Sonne wird leuchtkräftiger seit sie entstanden ist, sie hatte damals etwa 85% der heutigen Wärmeabgabe) es nicht mehr für eine globale Vereisung reichte. Globale Vereisungen durch Abnahme an treibhausgasen gab es in der Folgezeit noch weitere, aber keine dauerte 200 Millionen Jahre lang.

Das erste Aussterben am Ende des Kambriums

Nicht umsonst findet man Aussterbeereignisse immer an der Grenze von geologischen Zeitaltern, die wir heute als Kreide, Jura, Perm etc. bezeichnen. Als man diese Zeitalter festlegte, kannte man keine Datierung und nichts über Aussterbeereignisse. Man sah aber das das Gestein sich wandelte und dann wieder einige Zeit eine bestimmte Gesteinsart entstand.  Die hat man dann benannt. viele übrigens nach Keltischen Stämmen. So auch beim ersten Zeitalter, das nach den Kambrern Kambrium genannt wird.

Das Kambrium ist dadurch gekennzeichnet, das an seinem Beginn, vor früher 590 Millionen Jahren, heute mit besserer Datierung etwa 540 Millionen Jahren urplötzlich viele Arten auftauchen - weil nun viele Arten makroskopisch groß wurden und auch viele fossilierbare Bestandteile, wie Exoskelette bildeten. Zu Beginn Kambrium war der Sauerstoffgehalt der Luft noch zu gering, als dass an Land noch zu viel UV-Strahlung ankam. Der Sauerstoffgehalt stieg dann während des Kambriums rapide von etwa 4 auf 10% an. Damit konnten in der folgenden Periode erstmals primitive Organismen an der Grenzregion Wasser/Land überleben.

Landpflanzen oder Tiere gab es noch nicht. Von den im Wasser lebenden Tieren findet man aber alle großen Stämme, oder zumindest ihre Vorläufer, mit Ausnahme der Moostierchen. Wie mehrmals in der Erdgeschichte waren alle Kontinente zu einem Superkontinent zusammengeballt. Im Meer war das Klima subtropisch und das anscheinend weltweit.  Das muss eine Klimaänderung zu Beginn des Kambriums gewesen sein, denn auch der Meeresspiegel stieg damals an. Manche Autoren sehen darin auch eine Folge, dass eine Zeit der globalen Vergletscherung „Eisball Erde“ vor dem Kambrium endete.

Am ende des Kambriums starben vor 485 Millionen Jahren dann 80% der Arten aus. Warum weiß man bis heute nicht. Es gibt nur Hypothesen. Gondwana zerbrach und das scheint die Meeresströmungen geändert zu haben denn es wurde nun weltweit kühler, auch fielen die Meeresspiegel wieder. Folgt man den Argumenten dieser Seite. So hätte es eigentlich anders sein müssen: Mehrere Kontinente haben mehr Flachwasserzonen (die die Schelfe umgeben) und einen höheren Meeresspiegel. Doch gerade diese Flachwasserbereiche sind, die am meisten besiedelten. Zudem stieg der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre an. Den Spitzenwert erreichte er zu Ende des Kambriums, was ja eigentlich für ein sehr warmes Klima sorgen sollte.

Kontinente KambriumTrotzdem geht man mit dem Auseinanderwandern von Gondwana von einer Klimaverschlechterung aus und der Meeresspiegel sank und damit auch die bewohnbaren Flachwasserzonen. Das Aussterben am Ende des Kambriums war eines der heftigsten. 80% der Organismen starben aus, anders als beim Bruch zum eozän überlebten viele Gattungen, die Artenvielfalt ging aber zurück. So sind die häufigsten Fossilien des Kambriums die Trilobiten (ich sage nicht die häufigste Art, denn durch ihr Exoskelett wurden sie wahrscheinlich besser erhalten als andere Arten, in den wenigen Funden, wo auch Weichteile erhalten blieben machen sie nur 2% der Individuen aus). Ihre Artzahl ging drastisch zurück, die Trilobiten selbst starben aber viel später aus. Trilobiten erholten sich aber davon nur bedingt. Schon im Ordovizium waren es bedeutend weniger Vertreter, in den letzten 100 Millionen Jahren, vor dem Aussterben am Ende des Perm (vor 251 Millionen Jahren) gab es nur wenige Arten. Die Trilobiten sind deswegen so prominent, weil es extrem viele Arten gab, über 15.000 also mehr als wir Säugetierarten kennen und man anhand ihrer Fossilien sehr gut eine Fundschicht datieren kann.

Vermutet wird, dass zu Beginn des Kambriums die Temperatur 12 bis 14 Grad höher lag als heute (zum Vergleich: wir reden von katastrophalen Aspekten für die Menschheit, wenn die Temperatur weiter steigt, und so um 1-2 Grad höher liegt als heute). Warum sie dann auf etwa +4 Grad mehr fallen konnte, weiß man nicht. Da der Kohlendioxidgehalt am Ende des Kambriums der höchste in der jüngeren Erdgeschichte war, scheint dies verwirrend. Wenn ich die links abgebildete Karte der damaligen Kontinente sehe, so wäre zumindest für mich eine Erklärung, dass Gondwana die Pole überquert. Nur auf Land kann sich aber Eis halten. Es könnte so angefangen haben, dass Eis an den Polen sich erstmals über das Jahr hielt, das führte zur Abkühlung der Pole und zu mehr Eis und so langsam zum Abkühlen der Meere. Da die Flachwasserzonen am Rande von Gondwana und damit in mittleren Breiten sind, reicht dann auch eine schon moderate Abkühlung der Meere aus, dass dort kein subtropisches Klima ist und es zum Aussterben kommt. Doch das ist nur meine Theorie.

Das Auseinanderbrechen von Gondwana, das nur während des Kambriums für etwa 50 Millionen Jahre existierte, scheint wohl das wichtigste Ereignis zu sein. Wenn man annimmt, das dies einhergeht mit tektonischer und vulkanischer Aktivität so ist auch der hohe Kohlendioxidgehalt von bis zu 5000 ppm (heut: 350 ppm) erklärbar. Vulkane stoßen neben Kohledioxid auch Schwefelgase aus, entweder Schwefeldioxid oder Schwefelwasserstoff, der aber auch in der Luft oder Wasser zu Schwefeldioxid oxidiert. Das könnte den pH-Wert der Meere abgesenkt haben.

Das zweite Masseaussterben am Ende des Ordoviziums

Das zweite der großen Massenaussterben fand am Ende des Ordoviziums vor 444 Millionen Jahren statt. Wie viele Arten ausstarben, ist selbst innerhalb eines Wikipediaartikels nicht so genau angegeben zwischen 50 und 70% werden angegeben. Wie beim Aussterben am Ende des Kambriums ist die Ursache nicht ganze genau bekannt. Es gibt mehrere Hypothesen. Ich habe drei gefunden.

Die Erste ist die eines Gammastrahlenblitzes. Ich habe das schon in einem eigenen Artikel besprochen. Das Grundprinzip: Explodiert ein massereicher Stern, so wird dabei hochenergetische Strahlung frei. Ist dieser Stern extrem massereich, so ist die Strahlung so intensiv, dass sie die Biosphäre gefährden kann. Die Gammastrahlung zerstört die Ozonschicht, die damals die Erde schon hatte (der Sauerstoffgehalt war halb so hoch wie heute). Dabei entsteht NO, das dann einen Rückstrahlungseffekt hat, also die Temperaturen absenkt. Ich halte dieses Szenario für sehr unwahrscheinlich. Das ein naher Gammastrahlenblitz auf einer Seite der Erde (die der Supernova zugewandte) Seite die Ozonschicht zerstört ist rechnerisch beweisbar, doch zum einen sind solche Explosionen extrem selten (nur die allerschwersten, und damit am wenigsten vorkommenden Sterne explodieren auf diese Weise) und ihre Wirkung ist auch auf einen Radius von 3000 Lichtjahren also nur eines kleinen Teils der Milchstraße beschränkt. Da im Ordovizium es noch kein Leben auf dem Land gab, ist es aber so, dass dies sich kaum auswirkte. Ohne Ozonschicht gelangt die UV-Strahlung bis zur Erdoberfläche. UV-Strahlung wird auch im Meer absorbiert. Unterhalb eines Meters kommt keine mehr an. Betroffen wäre zwar die oberflächennahe Schicht doch selbst Plankton, das die Nahrungsgrundlage vieler Meerestiere bildet, hält sich nicht nur in den oberstem Meter aus, sondern in den obersten 50 bis 100 m, die sind also kaum betroffen. Ganz oberflächennahe Korallenriffe könnten betroffen sein, doch die sind auch so nicht sicher vor Flutereignissen oder Meeresspiegelschwankungen. Die Ozonschicht und das entstehende NO sind keine dauerhafte Veränderung. Sie regenerieren sich innerhalb von 10 Jahren wieder bzw. Das NO regnet aus. Der Effekt ist vor allem beim Wasser zu kurzfristig. An Land kann die Abkühlung deutliche Veränderungen verursachen, die Meere sind dazu wegen des enormen Wassergehaltes zu träge. So haben sich die Eiszeiten auch kaum auf die Meeresfaune in den Tropen ausgewirkt und die dauerten deutlich länger als 10 Jahre.

Dann gibt es die Verwitterungstheorie. Hier ist die Wikipedia irgendwie chaotisch. Im Übersichtsartikel zu Massenaussterben ist von Landpflanzen die Rede, die dafür verantwortlich sind (meines Wissens nach traten die erst später auf und waren über Millionen Jahre nur auf den Rand von Gewässern beschränkt, was atmosphärische und geologische Veränderungen doch stark absenkt). In dem Detailartikel zum Aussterben beim Ordovizium ist es dagegen die Entstehung der Appalachen. Am Ende des Kambriums stieg der Kohlendioxidgehalt durch vulkanische Tätigkeit an. Das freigesetzte magmatische Gestein verwittert dann. Oxidieren Metallionen in vielen Silikatgesteinen so binden diese keine Erdalkalielemente mehr und Calcium und Magnesium werden freigesetzt und reagierend dann zu Karbonaten, die Kohlendioxid binden. Die Verwitterung der Appalachen soll diesen Effekt gehabt haben. Diese Theorie halte ich für glaubhaft, denn nimmt der Kohlendioxidgehalt ab, so sinkt natürlich auch der Treibhauseffekt und die globalen Temperaturen sinken.

Die dritte Theorie habe ich schon beim Kambrium angesprochen. Gondwana als Superkontinent begann sich aufzuspalten. Nordamerika, Sibirien und die baltische Region hatten sich schon abgespalten, doch der Rest und das war immer noch eine riesige Landmasse waren noch ein Kontinent. Dieser überquerte nun durch Strömungen des Erdmantels den Südpol. Zentral- und Westafrika lagen damals z.B. am Südpol. Dort sind auch bei warmen Klima die Temperaturen niedriger als am Äquator. Land kühlt sich viel stärker ab als Wasser, was wir heute an der permanent vereisten Antarktis und dem im Sommer eisfreien Nordpol sehen. Große Teile der Landmasse am Südpol hatten eine permanente Eisfläche,. Eis strahlt Licht zurück und kühlt die Luft dadurch ab. Dadurch sinkt die Strahlenbilanz der Erde und die globalen Temperaturen. Das Vereisen bindet auch Wasser, dadurch sinkt der Meeresspiegel. Bei der letzten Eiszeit z.B. um bis zu 100 m. Da heute wie im Ordovizium das meiste Leben in Flachwasserzonen am Rand der der Kontinente ist, da nur dort das Licht bis zum Boden kommt (ab 100 m Tiefe kommt kaum noch genug Licht an, als das Pflanzen als Basis der Nahrung Fotosynthese treiben können), hat dieses Ereignis durchaus einen starken Rückgang der bewohnbaren Regionen zu folge. Vor allem Korallen, die im Ordovizium erstmals auftreten die standortgebunden sind dürften davon betroffen sein.

Wie bei anderen Aussterbeereignissen sieht man direkt nach diesem eine starke Reduktion der Arten, aber auch der Größe der Tiere. So war das größte Tier im Ordovizium ein Kopffüßler mit einem spitzkegeligen Mantel aus Kalk. Dieser wurde mit Mantel 6-10 m lang. Es gab ihn noch im Silur, doch er wurde dann nur noch 3 m groß. Das ist eine allgemeine Erfahrung bei Massenaussterben: Allgemein sinkt dort das Wachstum oder die Biomasse von Pflanzen. Das wirkt sich auf die ganze Nahrungskette aus. Tiere haben zu wenig zum Essen und ihre Zahl nimmt ab und am stärksten betroffen sie die Arten, die am meisten Futter brauchen. Sie können ganz aussterben. Was übrig bleibt, sind dann die kleineren Arten. Aus denen können sich im Laufe der Evolution unter günstigeren Umweltumständen wieder größere Arten entwickeln, doch das dauert Millionen Jahre. Kopffüßler gehören nicht nur zu den größten Tieren im Ordovizium. Sie sind auch die dominierende Spezies in dieser Zeit. Sie entwickeln im Laufe des Ordoviziums eine sehr große Artenfülle und entsprechen so den Trilobiten des Kambriums oder den Dinosauriern im Jura und in der Kreide.

Das dritte Masseaussterben am Ende des Devons

MassenaussterbenDas chronologisch dritte große Massenaussterben fand an der Grenze des Devons zum Karbon vor 360 Millionen Jahren statt. Es ist ein eher Kleines bei dem 50% aller Arten aussterben. Wenn man die Abbildung über die Aussterberate der Arten links bemüht so ist es auch schwer, es als einzelnes Ereignis anzusehen. Vielmehr gab es im Devon drei Aussterbeereignisse, wobei das Letzte an der Grenze zum Karbon das größte war.

Klimatisch war das Devon wärmer als heute, aber nicht so warm wie in den vorangegangenen Erdzeitaltern. Zum Ende hin wurde es Kühler, im nachfolgenden Karbon gab es sogar wieder eine Eiszeit. Gondwana war inzwischen zerbrochen. Ein Großteil der Kontinente aber immer noch vereint. Am Südpol lag das Amazonasgebiet, das auch ganzjährig vergletschert war.

Das Devon gilt als Zeitalter der Fische und Landpflanzen. Die Fische hatten sich schon im Ordovizium in primitiven Formen entwickelt. Im Silur wurden sie größer und nahmen skurrile Formen an wie die Panzerfische, die den größten Teil des Körpers mit Knochenpanzern bedeckt hatten. Dies galt auch für das Devon, doch wurden die Panzer kleiner. Der größte Fisch des Devon Duncleostenus erreichte mindestens 6 m Körpergröße, auch 9 bis 10 m werden genannt. Auch er war ein Panzerfisch, die Panzerplatten bedeckten aber nur seinen Kopf. Neben diesen urtümlichen Arten, die z.B. auch eine Mischung zwischen Strahlenflossen und Gliedmaßen haben, tauchen im Devon aber auch die ersten moderne Fische mit Strahlenflossen auf Auf der anderen Seite entwickeln sich Fische, die noch fleischigere Flossen haben und zu Landbewohnern werden (die Ersten tauchen ebenfalls im Devon auf) und die ersten Lungenfische.

Am Land veränderte sich am meisten. Im oberen Ordovizium tauchten die ersten Landpflanzen auf. Die ersten waren wie auch die im Silur aufkommenden Arten noch an das Wasser gebunden. Sie hatten noch keine Trennung in Wurzel, Spross und Blatt. Sie kamen an der Zone vor, wo das Wasser ins Land überging. Aus ihnen entwickelten sich im Devon die Landpflanzen, die komplett ihren Vegetationszyklus auf Land umstellten. Heute Vertreter dieser Arten sind Bärlappgewächse und Farne. Zum Ende des Devons gab es an Land schon ganze Wälder mit bis zu 30 m hohen Pflanzen, aber keine Bäume, sondern Baumfarne, die entfernt etwas an Palmen erinnern, aber nicht mit ihnen verwandt sind. Es scheint eine Regel zu sein, dass alle Organismen zum Zeitpunkt ihrer Dominanz unter den Arten Riesenwuchs erreichen. Das war so bei den Baumfarnen des Devons, den Insekten und Schachtelhalmen des Karbons, den Reptilien in Form der Dinosaurier nur als einige Beispiele.

Am Ende des Devons tauchen die ersten Amphibien auf, also die ersten Landwirbeltiere. Vorher war das Land schon von Insekten wie Heuschrecken besiedelt worden.

Warum zum Ende des Devons viele Arten aussterben, ist wie bei den vergangenen beiden Ereignissen nicht ganz geklärt. Auch hier gibt es mehrere Theorien. Geologisch sind sie an dem Auftreten mehrerer Schichten von kohlenstoffreichen Gesteinsschichten, oft aus Kalk charakterisiert.

Eine Theorie nimmt Schwankungen des Erdmagnetfeldes an. Es soll sich sehr oft umgepolt haben. Das passiert auch heute noch regelmäßig alle paar Hunderttausend Jahre. Zwischen zwei Umpolereignissen ist dann die Felddichte minimal und der Sonnenwind führt zu einer erhöhten Strahlenbelastung der vor allem Landpflanzen und deren Absterben.

Eine zweite Theorie führt das Aussterben auf eine Geosynklinalphase zurück bei der die Erdkruste sich absenkt und unter anderem Tiefseegräben entstehen. So sank der Meeresspiegel ab. Das führte zum Verlust von Lebensräumen in den Flachwasserzonen, aber auch die Landpflanzen litten denn ganz vom Wasser waren sie noch nicht unabhängig. Nahe der Meere gab es eine dichtere Vegetation als an Land. Der meist mit auftretende Vulkanismus kann globale Folgen haben. Treibhausgase werden ausgestoßen, giftige Gase wie Schwefelwasserstoff könnten die Meere vergiften oder zumindest zu einem anoxischen Milieu führen.

Aufgrund der Gesteinsfunde weiß man zumindest, dass es mehrere Wellen von Überflutungsereignissen und Meeresspiegelsenkungen in kurzer Zeit (mehreren Zehntausend Jahren) auftreten. Die Meerspiegelsenkung kann durch Vergletscherung der Pole auftreten aber auch durch die Absenkung des Meeresbodens. Der Anstieg durch Abschmelzen der Pole.

Manche Autoren führen auch die Vegetation als Ursprung zurück. Erstmals treten in dieser Phase Mykorrhiza auf. Das sind Pilze, die mit den Landpflanzen einhergehen. Sie bilden eine Symbiose. Die Pilze schließen Mineralstoffe aus dem Boden aus und werden von den Pflanzen mit Kohlenhydraten versorgt. Man nimmt an, dass damals dann auch durch Pilze erstmals die Pflanzen verrotten, und zwar nicht nur die gerade gestorbenen, sondern auch die vorher nicht verrotteten aus früheren Zeiten. Die Freisetzung von Kohlendioxid und anderen Gasen könnte das Klima verändert haben.

Geologisch deuten die Ablagerungen auf wechselnde anoxische Bedingungen (Überflutung von Land oder Absterben der Meeresfauna) und Austrocknung (Abscheiden von Kalk aus dem verdampfenden Wasser hin). Betroffen waren daher vor allem die maritimen Lebewesen.

Das vierte Massenaussterben: An der Perm-Trias Grenze

Das vierte Massenaussterben in der Erdgeschichte gilt als das bedeutendste. Es fand an der Grenze vom Perm zur Trias statt. Das Massenaussterben des Perm war zumindest, was die "Aussterbequote" angeht, das größte: 95% der meeresbewohnenden Arten und 55% der Land bewohnenden Arten starben aus. Das Massenaussterben markiert gleichzeitig den Wechsel vom Paläozoikum zum Mesozoikum. Was man weiß ist das Es sich über längere Zeit, etwa 200.000 Jahre hinzog. Heute nimmt man auch zwei Wellen an, die jeweils etwa 60.000 Jahre dauerten. Man datiert es heute auf die Zeit vor 251,9 Millionen Jahren.

Gängige Erklärung des Massenausterbens am Ende des Perms: langandauerende magmatische Aktivität in Sirbirien

Während man bei den vorhergehenden Ereignissen nicht so genau weiß, was ihre Ursache war oder wie sie genau verliefen, so ist das bei dem Aussterben zum Ende des Perms relativ gesichert. Die heute am besten belegte Hypothese ist eine lang anhaltende magmatische Aktivität. In Sibirien entstand die Trapp-Formation. Über 165.000 bis 600.000 Jahre wurden 7 Millionen Quadratkilometern mit Magma überflutet, die Schichten sind bis zu 3000 m dick. Diese Fläche ist zwanzigmal so groß wie die Bundesrepublik. Da Magma immer Gase enthält die bei der Druckentlastung, wenn sie aus dem Erdmantel in die Erdkruste kommt, frei werden. So werden so in relativ kurzer Zeit sehr viel Kohlendioxid und Chlorwasserstoff freigesetzt. 170 Billionen Tonnen Kohlenstoffdioxid sowie 18 Billionen Tonnen Chlorwasserstoff sollen es gewesen sein. Zum Vergleich: Heute enthält die Erdatmosphäre 3 Billionen Tonnen Kohlendioxid. Alleine der Chlorwasserstoff reicht aus, den pH-Wert weltweit um 0,6 zu senken. Die Säure könnte natürlich auch andere Folgen gehabt haben, wie Schwermetalle aus Gesteinen lösen. Die erde zum Ende des Perms Die erde zum Ende des Perms[/caption] Die wichtigste Folge war ein Anstieg der Temperaturen innerhalb von kurzer Zeit um 8°C. Die Folgen waren vor allem für das Meer verheerend. Zahlreiche Organismen wie Korallen sind sehr temperaturempfindlich und starben aus. Umgekehrt wuchsen Algen und andere einzellige Organismen bei diesen Temperaturen sehr schnell. Beim Absterben reduzierten sie den Sauerstoffgehalt der Meere, der durch die Temperatur schon gesunken war und es kam zu anoxischen Zonen. In diesen sterben dann alle höheren Organismen aus, weil dort Sauerstoffmangel herrscht und meist auch durch den Abbau organsicher Materie giftige Gase, wie Schwefelwasserstoff abgegeben wird. Manche machen auch die Freisetzung von Methanhydrat als zusätzlichen Faktor verantwortlich. Dies wird auch heute bei uns bei weiter steigender Temperatur auch befürchtet. Methan ist ein noch viel potenteres Treibhausgas und können die Temperaturen weiter angeheizt haben um bis zu weiteren 5 Grad Celsius. Alternativ wird auch postuliert, dass das Magma auch Kohleflöze in Brand gesteckt hat. Die waren erst im vorhergehenden Erdzeitalter dem Karbon entstanden. Der Großteil unser kohle stammt aus diesen Zeiten. Die Kohle verbrennt zu Kohlendioxid, das könnte den Anstieg des Kohlendioxidgehaltes erklären. Vor allem die Meeresfauna ist betroffen, weil steigende Meerestemperaturen praktisch nicht abgefedert werden können. Korallenriffe können z.B. nicht ausweichen. Landbewohner hatten die Möglichkeit beim Superkontinent Pangäa in dem damals die meisten Kontinente vereinigt waren zumindest Richtung polwärts auszuweichen. Doch auch die Landfauna war betroffen. So sank aufgrund sinkender Photosyntheserate der Sauerstoffgehalt der Erde auf 15% ab – der niedrigste Wert in der Erdgeschichte seit dem Silur, ansonsten ist der Sauerstoffgehalt immer höher gewesen als heute. Es gibt auch andere Theorien so wird durch die Bildung von Pangäa wie zum Ende des Ordoviziums ein Rückgang der Flachwasserzonen und Veränderung der Meeresströmungen angenommen. Das wäre eine Erklärung für die stärkere Betroffenheit der maritimen Fauna. Doch warum dies so stark war, im Ordovizium starben viel weniger Arten aus kann die Theorie nicht erklären.

Alternative Erklärung des Masseaussterbens: Ein Einschlag in der Antarktis

Es gibt auch eine Impakttheorie. Beim Aussterben bei der Kreide/Tertiärgrenze konnte man dies ja auf den Einschlag eines Asteroiden in der mexikanischen Halbinsel Yucatán zurückführen. In der Antarktis hat man einen noch größeren Krater (500 km Durchmesser gegenüber 220 km beim Einschlag am Ende der Kreide) gefunden, der zeitlich auf 250 Millionen Jahre datiert ist. Für diese Theorie spricht das Vorkommen von Fulleren, fussballfömigen Kohlenstoffatomen, die in ihrer Mitte Fremdatome einschließen können. In diesem falle auch Helium-3. Helium 3 ist ebenfalls im interplanetaren Medium stärker konzentriert als in der Erdatmosphäre. Allerdings gibt es daran einige Zweifel. Bei einem Einschlag dieser Größenordnung wird das Material fast global verteilt. Beim Kreide-Tertiär-Ereignis fand man Iridium selbst 5000 km vom Einschlagsort entfernt in den Gesteinsschichten. Das findet man bei der Perm-Trias Grenze nur in kleinen Spuren. Iridium ist selbst in Gesteinsmeteoriten (nicht nur Eisenmeteoriten) in größerer Menge vorhanden als in der Erdkruste, wo es wahrscheinlich in tiefere Schichten abgesunken ist. Nicht nur das Iridium fehlt, auch typische Impaktprodukte wie Tektite, eine Art geschmolzenes Glas, entstanden durch verflüssigtes Quarzgestein, das beim Flug abkühlte und so glasartig erstarrte. Zudem ist der Krater an sich nicht erforscht, man hat ihn nur auf Daten der GRACE Satelliten erkennen können, die eine Abweichung im Schwerefeld der Erde aufzeichneten. Er ist vom Eis bedeckt und Probebohrungen stehen noch aus. Die Hypothese, dass der Einschlag von einem Kometen stammt, der vorwiegend aus Eis besteht, wird als Gegenargument angeführt, doch ein solcher Körper müsste um einen so großen Krater zu formen mindestens 50 km groß sein. Die meisten Kometen sind aber nur etwa 2-8 km groß. Der größte erforschte ist Halley mit einer Längsachse von 15 km. Ebenso war es so, dass die landbewohnenden Tiere beim Einschlag am Ende Der Kreide stärker betroffen waren als die Meeresfauna. An Land überlebte damals kein Tier das schwerer als 8 kg war. Das war am Ende des Perms nicht so, so überlebte der Lystrosaurus. Er war so groß wie ein Schwein und ebenso schwer. Noch seltsamer: Er wurde zuerst in der Antarktis nahe des Einschlags gefunden.

Folgen des Massenaussterben am Ende des Perms

Im nachfolgenden Mesozoikum begann das Zeitalter der Reptilien die dann über fast 200 Millionen Jahre die dominierenden Spezies stellten. Reptilien gab es schon im Perm, doch Amphibien waren damals noch artenreicher. Während des gesamten Mesozoikums war es wärmer als heute. Es ist der einzige abschnitt der Erdgeschichte bei der es keine Polkappen gab. durch den dadurch angestiegenen Meeresspiegel gab es auch zahlreiche interkontinentale Flachwassermeere (so war Deutschland im Jura weitestgehend von Meer bedeckt, Amerika war durch ein Flachwassermeer zweigeteilt) was eine üppige Wasserfauna ermöglichte, denn die meisten Organismen leben in niedriger Tiefe. Ob dieses warme Klima mit dem freigewordenen Kohlendioxid des Perms zusammenhängt ist nicht gesichert, aber ein Zusammenhang erscheint möglich. Zumindest die Amphibien hatten schlechte Karten im Anschluss an das Perm als in der Trias das Klima zuerst sehr heiß und trocken war. Dies führte auch bei der Landfauna zum Rückgang der arten die viel Wasser brauchten wie Baumfarne und Schachtelhalme, dafür konnten trockenheitsresistente Arten wie Nadelgehölze ihre ökologische Nische einnehmen.

Links: http://www.geologie-ist-alles.at/PDFs/06_B_impakt_massensterben.pdf

http://www.wissenschaft.de/home/-/journal_content/56/12054/1025810/

JuraDas fünfte Massenaussterben am Ende der Trias

Am Ende der Trias starben vor 201,4 Millionen Jahren erneut 80% der Arten und 50% der Gattungen aus, vor allem an Land, während im Meer nur 22% aller Familien ausstarben. Man hat heute zwei Aussterbeereignisse identifiziert die 12 bis 17 Millionen Jahre auseinander liegen. Für das ältere Ereignis kommt der Einschlag eines Planetoiden in Betracht der heute das Manicougan-Reservoir in Kanada bildete. Heute noch 72 km groß war er ursprünglich über 100 km groß. Ein 5 km großer Planetoid muss ihn geschlagen haben. Der Meteorite schleuderte ein Achtel der Gesteinsmenge aus die der folgende Einschlag in der Kreide auswarf.

Für das zweite Ereignis kommt erhöhter Vulkanismus in frage. Vor 202 bis 191 Millionen Jahren brach der Kontinent Pangäa auseinander und es bildeten sich ein 11 Millionen km² großes Gebiet die  Zentralatlantische Magmenprovinz, die wie zu Ende des Perms viel Kohlendioxid ausstoß. Das bedeutet das sich das Aussterben des Perms wiederholte. Ebenfalls zu dieser Zeit entstand ein kleiner 25 km großer Krater, der alleine aber keine globalen Folgen hatte. Andere Hypothesen vermuten eine Freisetzung von Methangas durch Clathrate als Folge der globalen Erwärmung. Insgesmat ist das Aussterben am Ende der Trias aber noch immer nicht genau geklärt

Das fünfte Massenaussterben am Ende der Kreide

Das in der Öffentlichkeit bekannteste Aussterben ist das am Ende der Kreide, wobei man hier wirklich von dem Aussterben an der Grenze zwischen zwei Erdepochen sprechen kann. Diese wurden aufgrund unterschiedlicher Gesteinsschichten schon Anfang des 19-ten Jahrhundert benannt, als man noch nichts über die Verteilung der Arten über die Zeiten wusste. Doch vor 66,04 Millionen Jahren gab es wirklich einen Artenschnitt. Es starben an Land die Dinosaurier aus, doch auch die Meeresfauna war betroffen. Auch dort gab es zahlreiche große Saurier, die aber nicht Dinosaurier waren wie die Pliosaurier, Plesiosaurier und Mosasaurier. Es gab Ammoniten, die mehrere Meter groß waren und sehr große Fische. Sie alle starben aus. Die Ursache war lange Zeit rätselhaft.

Man fand Erklärungen für das Aussterben einiger Gattungen, aber nicht alle. So setzten sich Ende der Kreide die modernen Pflanzen gegenüber den bis dahin vorhanden durch. Vorher bestand die Flora hauptsächlich aus Nadelgehölzen. Anfang der Kreide tauchten zuerst die ersten Blütenpflanzen aus, dann Gräser, die heute für viele Weidetiere die Nahrungsgrundlage darstellen. Einer Theorie zufolge sollen diese für die pflanzenfressenden Dinosaurier unverdaulich gewesen sein, auch heute brauchen Wiederkäuer Bakterien um sie aufzuschließen. Jedoch hätte das nicht erklärt, warum dann die Meerestiere ausgestorben sind.

Eine zweite Theorie betraf das verändernde Klima. Es war in der Kreide viel wärmer als heute, die Oberflächentemperaturen lagen mit 23,5 Grad rund 8,5 Grad höher als heute, der Kohlendioxidgehalt war sechsmal so hoch und der Sauerstoffgehalt auch höher. Es gab zwar eine Superplumaktivität, wenn auch in kleinerem Ausmaß als wie beim Ende des Perm. Sie erstreckte sich aber über längere Zeit (über 40 Millionen Jahre) und endete vor 80 Millionen Jahren, doch das Aussterben fand erst vor 66 Millionen Jahren statt. Eine weitere Superplumeaktivität am Ende der Kreide, der Dekkan-Trapp Vulkanismus, galt lange Zeit als heißer Kandidat für das Aussterben, das damit die gleichen Ursachen wie das am Ende des Perms gehabt hätte. Allerdings bildete sich damals nur ein Viertel der Fläche neu, die am Ende der Perm gebildet wurde.

KreideAuch geologische Änderungen wurden als Ursache prognostiziert. So bildete sich zum Ende der Kreide der Atlantik, Australien und Indien lösten sich von der Antarktis ab und die Kontinente wanderten wieder stärker, was die Meeresströmungen und das Klima verändern konnten.

Heute ist man jedoch der Meinung, dass diese Ereignisse zwar verantwortlich für den Rückgang zahlreicher Populationen zum Ende der Kreide waren, aber nicht für ihr Aussterben.

Eine bis 1980 als "Außenseitermeinung" angesehene Hypothese gilt heute als die Ursache für das Aussterben: der Einschlag eines Asteroiden auf der Erde. Dies klingt für uns heute logisch, doch damals kannte man schon etliche Einschlagskrater und sie waren auch datiert. Drei bekannte Krater hatten z. B. 100 km Durchmesser und waren 35, 214 und 580 Millionen Jahre alt - es gibt aber keine Indizien für ein Aussterben zu dieser Zeit. Zwei noch größere Krater entstanden schon im Präkambrium und können daher nicht mit Massenausterbeereignissen in Verbindung gebracht werden.

Für diese Meinung sprach das man in der Grenzschicht zwischen Paleozän (der ersten Schicht des Tertiär) und der Kreide Iridium in hoher Konzentration fand. Iridium ist ein Edelmetall mit chemischen Eigenschaften wie Platin. Da es keine Verbindungen eingeht und eine sehr hohe Dichte hat, nimmt man an das der Großteil des Iridiums der Erde zum Erdmittelpunkt sank und so ist es wie Gold und Platin ein seltenes Element in der Erdkruste. Meteoriten haben zwar nicht mehr Iridium als die Gesamterde, aber keine verarmte Krustenschicht. Iridium, das man so an der Grenze fand, spricht daher für einen Meteoriteneinschlag, der es freisetzte. Vor allem fand man es an vielen Gebieten, so auch welchen die 5000 km auseinanderlagen. Der Einschlag muss daher sehr groß gewesen sein, wenn er das Material so weit verteilte. Weitere Untersuchungen folgten. So fand man weitere Spuren eines Einschlags, wie mikroskopisch verteiltes Glas aus geschmolzenem Magma oder Abweichungen der Verteilung der Chromisotope die sonst gelichmäßig verteilt sind.

Später entdeckte man den Krater, der bisher noch fehlte. Vorher gab es Spekulationen, warum man keinen Krater fand, denn um globale Folgen zu haben, müsste ein Einschlag einen Krater reißen, der auch heute noch trotz Erosion sichtbar sein müsste. Wenn er aber im Meer einschlug, (und die Erdoberfläche ist zu fast 70% von Meer bedeckt) dann sind die Chancen gut, dass man ihn nie entdeckt, denn der Meeresboden ist im Mittel weniger als 200 Millionen Jahre alt und wird anders als die Kontinente dauernd neu gebildet. Der Krater war denn auch vollkommen zugedeckt. Auf ihn kam man nur, weil man dort nach Erdöl bohrte und dabei zahlreiche Beweise für einen Einschlag fand, vor allem waren die Ablagerungen mit Iridium und anderen Mineralien dort am dicksten. Der Chicxulub Krater befindet sich am Rande der Yucatan-Halbinsel, zum größten Teil im Golf von Mexiko und hat einen Durchmesser von 180 km. Auf der Festlandseite findet man vor allem Spuren in Form von Cenoten, Löchern im Kalkstein, die sich entlang eines Kreisbogens erstrecken. Der Krater selbst ist vollständig zugedeckt und nur in Form von Bohrungen oder Vermessung der Schwerefeldanomalien sichtbar.

Das Ereignis ist heute durch Computersimulationen relativ gut verstanden. Es schlug ein mindestens 10, maximal 20 km großer Planetoid ein. Der Feuerball erzeugte eine Druckwelle und Flutwelle, die noch in Hunderten bis Tausenden Kilometern Entfernung die Flora zerstörten. Der Auswurf (einige Tausend Kubikkilometer Gestein) entfachte noch Tausende Kilometer entfernt Waldbrände. Dass allerdings die ganze Erde durch Waldbrände betroffen ist, erscheint unwahrscheinlich. Dazu müssten die Impakta 12 Stunden lang im Weltraum gewesen sein und während der Zeit dürften sie sich soweit abgekühlt haben, dass sie keine Waldbrände mehr auslösten. Durch die Tsunami waren die Organismen die in den obersten Wasserschichten lebten besonders stark betroffen, auch die Flachwasserzonen. Was aber wirklich so große Auswirkungen weltweit hatte, war das er in einer Schicht aus Carbonat und Gipsgestein einschlug. Ohne diese Gesteinsschicht wäre zwar eine Zone von mehreren Tausend Kilometern Durchmesser zerstört, aber mindestens die Hälfte der Erdoberfläche kaum oder nicht betroffen gewesen. Verdampft dieses Gestein, so werden Kohlendioxid und Schwefeldioxid frei. Schwefeldioxid schwebt als Aerosol in der oberen Stratosphäre und reflektiert das Sonnenlicht. Als 1992 der Pinatubo sehr viel Schwefeldioxid ausgaste, sanken weltweit die Temperaturen für ein Jahr um 0,5 Grad und dies nur bei der Freisetzung eines Bruchteils der Gase, die bei diesem Einschlag freigesetzt wurden.

Die Folge war eine weltweite Abkühlung, die sowohl das Land, wie auch das Meer betraf. Später regnete das Schwefeldioxid nach der Reaktion mit Wasser als Schwefelsäure aus und bildet dabei sauren Regen, was vor allem die Landpflanzen schädigte. Nach einigen Jahren war das Schwefeldioxid ausgeregt, doch das Kohlendioxid war noch in der Atmosphäre. Nun reflektierte nichts mehr die Sonnenstrahlen und es gab einen starken Treibhauseffekt: Nach der rapiden Abkühlung gab es einen sehr starken Treibhauseffekt. Pflanzen und Tiere, die bisher mit der Kälte zurechtkamen, wurden nun starker Hitze aussetzte. Die Verknappung des Nahrungsangebotes führt dazu, dass alle Tiere an Land die mehr als 8 kg wogen, damals ausstarben, weil es zu wenig Nahrung gab. Alle Dinosaurier waren größer und starben vollständig aus. Das galt auch für das Meer. Doch nicht alle Arten starben aus. Während die Ammoniten ausstarben, die im Flachwasser lebten und bis zu 2 m groß wurden überlebten z.B. die Nautiloiden, die nur 20 cm groß waren und in der Tiefsee lebten. Während alle größeren Meeressaurier ausstarben, überlebten die meisten Krokodilarten, die ihre Eier an Land ablegten.

Heute geht man davon aus, dass der Krater als Folge noch den schon eingesetzten Trapp-Vulkanismus durch Erdbeben mit der Magnitude 11 bis 12 anheizte, der weiteres Kohlendioxid ausstieß und daher noch für eine weitere Aufheizung sorgte.

Insgesamt starben durch den Einschlag etwa 70 bis 75 der Arten aus. Die Reptilien, die vorher die meisten und größten Arten stellten, sollten sich nie wieder erholen und in der Erdneuzeit nahmen Säugetiere ihre ökologische Nische ein.

Artikel verfasst am 19.9.2016



© des Textes: Bernd Leitenberger. Jede Veröffentlichung dieses Textes im Ganzen oder in Auszügen darf nur mit Zustimmung des Urhebers erfolgen.
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