Klima- und Umweltveränderungen (7) Vom Treibhaus zur Eiszeit

Supertreibhaus in der mittleren Kreide Klima 136 Supertreibhaus in der mittleren Kreide Eine interessante Verknüpfung zwischen Erd-magnetfeld, Mantelkonvektion und Platten-tektonik zeigt die „Superplume-Episode“ der mittleren Kreidezeit. Vor etwa 125 Mio. Jahren verdoppelte sich die Bildungsrate ozeanischer Kruste (was auch zu einem deutlichen Anstieg des Meeresspiegels führte), zur gleichen Zeit wurden gewaltige Plateaubasalte (wie das Ontong–Java–Plateau) gebildet, und das Erd-magnetfeld behielt etwa 40 Mil. Jahre die gleiche Richtung bei (links, Quelle: Spektrum der Wissenschaft). Mögliche Erklärung: Auf-steigende Manteldiapire führen Wärme ab  stärkerer T-Gradient im Kern  verstärkte Konvektion im Kern  Stabilisierung des Magnetfeldes. Das Magnetfeld der Sonne polt sich alle 22 Jahre um.

Supertreibhaus in der mittleren Kreide Klima 137 Supertreibhaus in der mittleren Kreide Das Magnetfeld der Sonne polt sich alle 22 Jahre um. Schwarzschiefer der mittleren Kreidezeit (Quelle: Thomas Wagner). Auch Pyrit (rechts ein rezentes Beispiel aus dem Schwarzen Meer, Quelle: Science) ist ein „Zeuge“ für anoxische Bedingungen.

Paläozän–Eozän Grenze Klima 138 Paläozän–Eozän Grenze Einen Bericht über Methanhydrate gab es in GEO: http://www.geo.de/GEO/wissenschaft_natur/technik/ 2000_04_GEO_04_meereszeitbombe/ Heute gibt es keine Alligatoren auf Ellesmere Island (oben) und keine Palmen in Kamtschatka (rechts) (Bildquelle: NASA):

Methanhydrate am Meeresgrund Klima 139 Methanhydrate am Meeresgrund Methanhydrat - am Meeresboden Einen Bericht über Methanhydrate gab es in GEO: http://www.geo.de/GEO/wissenschaft_natur/technik/ 2000_04_GEO_04_meereszeitbombe/ Methanhydrate – brennendes Eis. In Gashydraten bilden Wasser-moleküle dodekaedrische Eis-Käfige (Struktur links oben), in denen Gasmoleküle eingeschlossen sind. 1 m3 Methanhydrat enthält mehr als 160 m3 gasförmiges Methan. Durch den hohen Gasgehalt ist das Eis brennbar, es zerfällt in Wasser. bildet beim Zerfallen Methangas - an der Wasseroberfläche

Methanhydrate Verbreitung Struktur Klima 140 Methanhydrate Verbreitung Struktur http://www.ifm-geomar.de/ Quelle: Institut für Meeres-Wissen-schaften der Uni Kiel - GEOMAR Stabilität

Klima 141 Leben im Methanhydrat http://www.bio.psu.edu/People/faculty/fisher/index.html Vielborster (Polychaeta) gehören zu den Ringelwürmern (Annelida). Hesiocaeca methanicola lebt im Methanhydrat, im Golf von Mexiko. Bilder (c) Ch. Fisher, E. Fleming.

Supertreibhaus am Ende des Paläozäns Klima 142 Supertreibhaus am Ende des Paläozäns Abrupte Erwärmung des Ozeans um etwa 7°C an der Paläozön/Eozän Grenze, (a) überliefert im 18O-Gehalt von verschiedenen Foraminiferenarten (Tiefsee, Thermokline, Oberfläche). (b) extreme Abnahme des Gehalts an 13C in den Kalkschalen der (gleichen) Foraminiferen. (c) biogenes Bariumsulfat (Schwerspat) als Indikator für einen dramatischen Anstieg der biologischen Produktivität im Ozean, der zu einer Verringerung des CO2 Gehaltes der Atmosphäre und damit zu einem Rückgang der Temperaturen führte. Die Abbildungen stammen aus der Zeitschrift Nature. Artikel über das Ereignis an der Paläozän/Eozän Grenze gab es unter anderem in den Ausgaben: Vol. 401 (S775, 21.10.1999) und Vol. 407 (S171, 14.9.2000) Für Nature (wahrscheinlich die einflussreichste Wissenschafts-zeitschrift) gibt es auf der UNI-Graz übrigens eine Campus-Lizenz mit Volltext-Zugang. http://www.nature.com/nature/ Schematische Darstellung der Prozesse an der P/E Grenze. Erwärmung - Zerfall von Methanhydrat – Freisetzung von Methan – z.T. oxidiert zu CO2 – Verstärkung des Treibhauseffektes – „Biologische Pumpe“ – Abnahme des CO2-Gehaltes – T-Stabilisierung. Quelle: Nature

Supertreibhaus am Ende des Paläozäns Klima 143 Supertreibhaus am Ende des Paläozäns Das Mineral Baryt besteht aus Bariumsulfat, Vergrößerung: 2800:1 (Quelle: Eye of Science). Methanhydrat ist eine mögliche (und die am häufigsten angegebene) Quelle für die Treibhausgas-Emissionen an der P/E Grenze – eine offen Frage ist aber – war es im Ozean überhaupt kalt genug für die Bildung von Methan-hydrat? Die Abbildungen stammen aus der Zeitschrift Nature. Artikel über das Ereignis an der Paläozän/Eozän Grenze gab es unter anderem in den Ausgaben: Vol. 401 (S775, 21.10.1999) und Vol. 407 (S171, 14.9.2000) Für Nature (wahrscheinlich die einflussreichste Wissenschafts-zeitschrift) gibt es auf der UNI-Graz übrigens eine Campus-Lizenz mit Volltext-Zugang. http://www.nature.com/nature/

Die Tierwelt im Alt-Tertiär (Paläogen) Klima 144 Die Tierwelt im Alt-Tertiär (Paläogen) Die Uintatherien aus dem Paläozän, waren die größten Landsäuger ihrer Zeit, sie starben vor etwa 35 Ma aus. Diatryma, ein 2.4 m hoher flugunfähiger Laufvogel aus dem Unter-Eozän (vielleicht ein Fleischfresser!). Indricotherium (od. Baluchi-therium) aus dem Oligozän, mit ~30 t und 8 m Länge der (bis jetzt) größte Landsäuger aller Zeiten. Ein Koboldmaki aus dem indonesischen Regenwald mit großer Ähnlichkeit zu den ersten Primaten vor 50 Ma.

Eozän–Oligozän Grenze Klima 145 Eozän–Oligozän Grenze An der Grenze vom Eozän zum Oligozän erfolgte der Übergang vom „Treibhaus“ zum „Eishaus“ (Bildquelle: Nature).

Weltweite Abkühlung im Tertiär Klima 146 Weltweite Abkühlung im Tertiär Veränderung des 18O Gehaltes von Foraminiferen im Tertiär durch die Abkühlung des Ozeans (um ca. 14°C und die Bildung des antarktischen Eisschildes. Ein entscheidendes Ereignis war die Trennung von Australien und der Antarktis an der Grenze vom Eozän zum Oligozän, dies führte zur Ausbildung der kalten zirkumantarktischen Strömung (S. Stanley). Foraminiferen sind schalentragende einzellige Tiere vom Stamm der Protozoa. Je nach Schalensubstanz unterscheidet man drei große Gruppen: Agglutinantia (Schale aus verkitteten Fremdkörpern) Miliolina (Schale aus CaCO3, porzellanartig, ohne Poren) Rotaliina (Schale aus Calcit oder Aragonit, mit Poren) Je nach Größe ihrer Gehäuse, die aus einer bis zu vielen hundert Kammern bestehen können, unterscheidet man Klein- (bis ca. 1 mm) und Großforaminiferen (> 1mm bis zu 150 mm Durchmesser). Die bislang bekannte Zahl der Foraminiferen-Arten liegt bei ca. 80 000. Ihre besondere Bedeutung liegt darin, daß die leeren Schalen in unvorstellbar großen Mengen in Meeressedimenten erhalten sind, oft sogar gesteinsbildend wie in den permischen Fusulinen- oder auch den tertiären Nummulitenkalken (aus denen z.B. die ägyptischen Pyramiden aufgebaut sind).

Verteilung der Kontinente im mittleren Miozän vor 14 Millionen Jahren. Klima 147 Die Erde im Miozän Verteilung der Kontinente im mittleren Miozän vor 14 Millionen Jahren.

Erfolgsmodelle der Evolution Klima 148 Erfolgsmodelle der Evolution Schon der heute lebende „Weiße Hai“ (Carcharodon Carcharias) ist in eindrucksvolle Erscheinung. Bilder: K. Jost (oben), J. Stafford-Deitsch (links). Können (oder wollen) sie sich einen Hai vorstellen der mehr als doppelt so lang ist? Im Miozän und Pliozän lebt (auch „bei uns“) Carcharocles Megalodon.

Erfolgsmodelle der Evolution Klima 149 Erfolgsmodelle der Evolution „Megalodon“ ist in diesem Fall wirklich keine Übertreibung. Quelle: A. Mojetta u. A.)

Die Austrocknung des Mittelmeers Klima 150 Die Austrocknung des Mittelmeers Am Ende des Miozäns, vor 5.6 Ma wurde das Mittelmeer durch tektonische Prozesse vom Atlantik isoliert und trocknete vollständig aus. Dabei wurden etwa 6 % des gesamten Salzes der Ozean in z.T. weit über 1000 m mächtigen Schichten abgelagert. Vor 5.3 Ma wurde das Mittelmeer wieder „geflutet“, dieses Ereignis markiert die Grenze zum Pliozän. Vor 15 Millionen Jahren Quelle: S. M. Stanley, „Historische Geologie“, Spektrum-Verlag Quelle: S. M. Stanley Vor 5.5 Millionen Jahren

Klimaänderung und der aufrechte Gang Fußspuren von Laetoli (Tansania) Durch einen äußerst glücklichen Zufall gelang der Nachweis, daß unsere Vorfahren (Australopithecus afarensis) schon vor 3.6 Millionen Jahren aufrecht gegangen sind. Regenschauer verwandelten die frisch abgelagerte Ascheschicht eines nahe gelegen Vulkans in Schlamm. Kurz danach überquerten ein Elefant, ein Nashorn, einige Perlhühner, aber auch zwei Hominiden (offenbar neben-einander) diese Schicht und hinter-ließen ihre Fußabdrücke. Vulkanische Asche kann radiometrisch exakt datiert werden (K/Ar-Methode). Der (trockenheitsbedingte) langsame Rückzug tropischer Regenwälder aus Ostafrika, verbunden mit einer Ausbreitung der Savannen war für unsere Vorfahren vielleicht der Anstoß zur Übersiedelung auf den Boden und zum Erlernen des aufrechten Gangs.