In der Erdgeschichte hat es immer wieder Zeiten gegeben, in denen die Ozeane sehr wenig gelösten Sauerstoff enthielten. Diese »anoxischen« Episoden gingen mit schwer wiegenden Umweltkrisen einher und führten zum massenhaften Absterben von Meereslebewesen. Ein Forschungsteam um Tom Gernon von der University of Southampton hat neue Erkenntnisse darüber gewonnen, was diese Ereignisse ausgelöst hat. Die Fachleute berichten darüber im Journal »Nature Geoscience«.

In dem Zeitraum von vor 185 bis vor 85 Millionen Jahren sank die Menge an gelöstem Sauerstoff in den Meeren mehrmals kritisch ab. Laut der Studie von Gernon & Co. hing das mit Vorgängen der Plattentektonik zusammen, also dem Umherwandern der Erdplatten auf dem oberen Erdmantel. Die Plattentektonik bewirkte unter anderem, dass große Landmassen auseinanderbrachen und sich zwischen ihren Resten neue Meere bildeten. So ist bekannt, dass während der Kreidezeit (145 bis 66 Millionen Jahre vor heute) der damalige Großkontinent Gondwana zerbarst, was mit erhöhter vulkanischer Aktivität und verstärktem Ausstoß von Treibhausgasen einherging. Dies wiederum trieb die Erwärmung und somit Verwitterungsprozesse an der Erdoberfläche voran.

Gernon und seine Gruppe haben statistische Analysen mit Computermodellen kombiniert, um zu erforschen, wie das Auseinanderbrechen Gondwanas mit chemischen Umwälzungen in den Ozeanen zusammenhing. Demnach wurden große Mengen an Phosphor aus verwitterndem Vulkangestein in die Ozeane freigesetzt, als sich die Erdplatten verschoben, Gebirge auftürmten und neue Meeresböden entstanden. Phosphor ist ein wichtiger Nährstoff für Lebewesen – weshalb viele Pflanzendünger dieses Element enthalten.

Zu Land und unter Wasser

»Zunächst untersuchten wir, wo im Erdmittelalter die wichtigsten Verwitterungsregionen lagen, in denen das Vulkangestein Basalt zerfiel und dabei Phosphor freisetzte«, beschreibt Gernon das Vorgehen seines Teams gegenüber »Spektrum«. »Das passierte hauptsächlich an mittelozeanischen Rücken sowie in Hebungsgebieten auf dem Festland.« Mit einer geowissenschaftlichen Software, die plattentektonische Prozesse rekonstruieren hilft, stellten die Fachleute die damaligen Entwicklungen an der Erdoberfläche nach. Das erlaubte es ihnen, die durch Verwitterung freigesetzten Phosphormengen zu schätzen. Anschließend nutzten sie ein Computermodell chemischer Stoffzyklen in den Ozeanen, um zu ermitteln, wie der zeitabhängige Phosphoreintrag die Sauerstoffkonzentrationen in den Meeren beeinflusste.

Laut der Studie fallen frühere Phasen besonders intensiver Gesteinsverwitterung mit bekannten anoxischen Ereignissen der Erdgeschichte zusammen. Gernon und sein Team vermuten deshalb, dass der verwitterungsbedingte, massenhafte Eintrag von Phosphor in die Meere wie eine natürliche Düngung wirkte – gefolgt von einer starken Vermehrung des Planktons sowie der Lebewesen, die sich davon ernähren. Starben diese Organismen irgendwann wieder ab und sanken nach unten, gelangten enorme Mengen organischen Materials in die Tiefe. Dort verrotteten sie, was sehr viel Sauerstoff band. Infolgedessen kam es in weiten Teilen der Ozeane zu Sauerstoffmangel. In den entstehenden »Todeszonen« ging ein Großteil der Meereslebewesen zu Grunde. »Diese anoxischen Ereignisse dauerten in der Regel ein bis zwei Millionen Jahre und hatten tief greifende Auswirkungen auf die marinen Ökosysteme«, sagt der Geowissenschaftler Benjamin Mills von der University of Leeds, der an der Studie beteiligt war.

Die Ergebnisse werfen nicht nur ein Licht darauf, wie es zu den großen biologischen Umwälzungen im Erdmittelalter kam. Sie verdeutlichen auch, wie verheerend sich eine Nährstoffüberlastung auf die marine Umwelt auswirken kann. Menschliche Aktivitäten wie Landwirtschaft, Holzeinschlag und Bautätigkeiten führen heute zu einem massenhaften Eintrag von Dünger und Sediment in die Ozeane, was immer wieder flächendeckende Algenblüten auslöst und nach Angaben von Gernon und seinem Team den durchschnittlichen Sauerstoffgehalt der Ozeane bereits um etwa zwei Prozent gesenkt hat.