Auf und ab der Biodiversität nach dem Massensterben

Dank den kühleren Temperaturen nahm die Vielfalt der marinen Fauna stark zu, wie Paläontologen der Universität Zürich rekonstruieren konnten. Das wärmere Klima, verbunden mit einem hohen CO2-Gehalt in der Atmosphäre, führte zuerst zu neuen kurzlebigen Arten. Längerfristig wirkte sich diese Klimaveränderung aber negativ auf die Biodiversität aus und verursachte ein Artensterben.

Bisher wurde angenommen, dass sich Fauna und Flora nach dem riesigen Artensterben am Ende des erdgeschichtlichen Zeitalters Perm vor 252 Millionen Jahren nur langsam erholten. Komplexe ökologische Lebensgemeinschaften traten gemäss Lehrmeinung typischerweise erst wieder in der Mitteltrias auf, also vor 247 Millionen Jahren. Jetzt zeigt ein schweizerisches Team unter der Leitung des Paläontologen Hugo Bucher von der Universität Zürich, dass marine Tiergruppen wie Ammonoideen und Conodonten (Mikrofossilien) bereits drei bis vier Millionen Jahre früher, also noch in der Untertrias, einen ersten Höchststand erreichten.

In «Nature Geoscience» zeichnen die Wissenschaftler einen detaillierten Temperaturverlauf nach. Sie zeigen, dass Klima und Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre während der Untertrias stark schwankten, und wie sich das auf die marine Biodiversität und Landpflanzen auswirkte.

Kühlere und sehr warme Klimaphasen wechseln sich ab

Für ihre Klimarekonstruktion analysierten Bucher und Kollegen die Zusammensetzung der Sauerstoff-Isotope in Conodonten. Conodonten sind Überreste von einst im Meer lebenden Chordatieren. Gemäss den Untersuchungen war das Klima am Beginn der Trias, in der Zeit vor 249 Millionen Jahren, kühl. Dieser kühleren Phase folgte eine kurze, sehr warme Klimaphase. Am Ende der Untertrias, also in der Zeit zwischen 247,9 und 245,9 Millionen Jahren, herrschten erneut kühlere Bedingungen vor.

Klima und Kohlenstoff-Kreislauf beeinflussen Biodiversität

Anschliessend untersuchten die Wissenschaftler, wie sich das Klima auf die Entwicklung von Fauna und Flora ausgewirkt hatte. «In den kühleren Phasen stieg die Biodiversität am stärksten an», erläutert der Paläontologe Bucher. «Die dann folgende extreme Warmphase führte dagegen zu grossen Veränderungen in der marinen Fauna und zu einem grossen ökologischen Wechsel der Flora». Bucher und sein Team können zeigen, dass diese Verminderung der Biodiversität in den Warmphasen mit starken Schwankungen in der Kohlenstoff-Isotopen-Zusammensetzung der Atmosphäre korrelieren. Diese wiederum standen in direktem Zusammenhang mit Kohlendioxid-Gasen, die aus vulkanischen Ausbrüchen in der Sibirischen Magmatischen Grossprovinz stammten.

Arten entstehen und sterben aus

Durch die Klimaänderungen konnten sich in der Untertrias Conodonten- und Ammonoideen-Faunen anfänglich sehr schnell erneuern, indem ungewöhnlich kurzlebige Arten entstanden. Doch der Abbau des überschüssigen CO2 durch Primärproduzenten wie Algen und terrestrische Pflanzen hatte langfristig negative Auswirkungen: Der Abbau dieser riesigen Mengen organischer Materie verbrauchte einen Grossteil des im Wasser vorhandenen Sauerstoffs. Als Folge des Sauerstoffmangels in den Ozeanen starben viele marine Arten aus. «Unsere Untersuchungen zeigen, dass grössere klimatische Veränderungen sowohl zum Entstehen als auch zum Aussterben von Arten führen können. Dabei ist es wichtig, sowohl Aussterberaten als auch die Rate neu auftretender Arten zu berücksichtigen», so Bucher.

Bucher und seine Kollegen sind überzeugt, dass Klimaveränderungen und das Ausströmen vulkanischer Gase wichtige Treiber für die biotische Erholung in den Ozeanen der Untertrias waren: Kühlere Klimaphasen begünstigen die biologische Diversifikation. Wärmere Klimaphasen und sehr hohe CO2-Gehalte in der Atmosphäre dagegen können sich schädlich auf die Biodiversität auswirken.

Literatur:
Carlo Romano, Nicolas Goudemand, Torsten W. Vennemann, David Ware, Elke Schneebeli-Hermann, Peter A. Hochuli, Thomas Brühwiler, Winand Brinkmann, Hugo Bucher. Climatic and biotic upheavals following the end-Permian mass extinction. Nature Geoscience. DOI: 10.1038/NGEO1667
Kontakt:
Prof. Dr. Hugo Bucher
Universität Zürich
Paläontologisches Institut und Museum
Tel. +41 44 634 23 44
E-Mail: hugo.fr.bucher@pim.uzh.ch