Azolla-Ereignis

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Der rezente Schwimmfarn Azolla filiculoides. Die Blüte der damit verwandten Organismen könnten die Erde ins gegenwärtige Eiszeitalter gebracht haben.

Als Azolla-Ereignis wird eine Massenvermehrung des Süßwasserfarns Azolla im Arktischen Ozean während des mittleren Eozän vor 49 Millionen Jahren bezeichnet.[1] Die Pflanzen sanken nach ihrem Absterben auf den Meeresgrund des damals stehenden Gewässers und wurden auf dem Meeresboden abgelagert. Man vermutet, dass der daraus resultierende Entzug von Kohlendioxid dazu beitrug, den Planet Erde von der damaligen Warmzeit in das bis heute bestehende Eiszeitalter zu überführen.

Geologische Belege für das Ereignis[Bearbeiten]

Verlauf von Delta O-18 über die vergangenen 65 Millionen Jahre. Das Azolla-Ereignis markiert das Ende des Eozänen Optimums und den Beginn eines langsamen Temperaturrückgangs.

In Sedimentschichten, die sich über das arktische Becken erstrecken, ist ein mindestens 8 m dicker Abschnitt erkennbar, in dem sich kieselhaltige, klastische Schichten mit millimeterdicken Lagen versteinerten Materials abwechselt, das von Azolla stammt. Die kieselhaltigen Schichten stellen die bei maritimen Ablagerungen übliche Hintergrundsedimentation durch Plankton dar.[2] Das organische Material kann auch in Form einer Gammastrahlen-Aktivitätsspitze nachgewiesen werden, die im gesamten arktischen Becken beobachtet werden konnte. Durch messtechnischen Nachweis von Spuren dieser Gammastrahlung können Bohrkerne verglichen werden, die an unterschiedlichen Orten gewonnen wurden.

Durch palynologischen Tests sowie Kalibrationen mittels hochaufgelöster Daten über Umpolungsereignisse des Erdmagnetfeldes konnte die Dauer des Ereignisses auf 800.000 Jahre geschätzt werden.[1] Das Ereignis fällt genau mit einem katastrophalen Abfall des atmosphärischen Kohlendioxidgehalts zusammen, der von 3500 ppm im frühen Eozän auf 650 ppm während des Ereignisses fiel.[3]

Azolla[Bearbeiten]

Azolla wurde als "Super-Pflanze" eingestuft, da sie pro Acre und Jahr eine Tonne Stickstoff binden kann[4] (0,25 kg∙m⁻²∙a⁻¹); parallel dazu entzieht sie pro Acre 6 Tonnen (1,5 kg∙m⁻²∙a⁻¹) Kohlenstoff. Azollas Fähigkeit, atmosphärischen Stickstoff für ihren Stoffwechsel zu verwenden, bedeutet, dass ihr Wachstum hauptsächlich von der Verfügbarkeit von Phosphor begrenzt wird: Kohlenstoff, Stickstoff und Schwefel sind für die Proteinsynthese wesentlich, Phosphor wird für DNA, RNA und im Energiestoffwechsel benötigt. Die Pflanze kann unter günstigen Bedingungen schnell wachsen – mäßige Wärme und 20 Stunden Sonnenscheindauer waren an den Polen im frühen Eozän vorhanden – und ihre Biomasse in solch einem Klima innerhalb von zwei bis drei Tagen verdoppeln.[1]

Das Ereignis begünstigende Bedingungen[Bearbeiten]

Die Anordnung der Kontinente im frühen Eozän führt zu einem isolierten arktischen Becken.

Aufgrund der Anordnung der Kontinente während des Eozäns war der arktische Ozean fast vollständig von größeren Ozeanen isoliert. Eine Durchmischung, wie sie heute durch Tiefenströmungen wie dem Golfstrom stattfindet, gab es damit nicht. Dies bedingte eine stratifizierte Wassersäule, ähnlich dem heutigen Schwarzen Meer.[5] Hohe Temperaturen und Winde führten zu starker Verdunstung, die die Dichte des Ozeans erhöhte. Durch verstärkte Regenfälle[6] kam es durch die dort einmündenden Flüsse zu verstärkten Ablagerungen im arktischen Becken. Süßwasser, das eine geringere Dichte hat, bildete eine auf dem dichten Meerwasser schwimmende nepheloide Schicht.[7] Eine lediglich wenige Zentimeter dicke Süßwasserschicht wäre für eine Besiedlung durch Azolla ausreichend gewesen; darüber hinaus war das Flusswasser wahrscheinlich reich an Mineralien wie Phosphor. Sie stammten von Schlamm und Felsen mit denen das Flusswasser wechselgewirkt hatte. Das Wachstum der Pflanze wurde außerdem durch hohe Kohlendioxidkonzentrationen und frei verfügbaren Stickstoff begünstigt. Es ist bekannt, dass die atmosphärische Konzentration dieser Elemente zu dieser Zeit hoch war.[3] Die Blühereignisse allein sind nicht ausreichend, irgendeinen geologischen Einfluss zu erklären; um Kohlendioxid nachhaltig dem Kreislauf zu entziehen und damit einen Klimawandel auszulösen, müssen die Pflanzen mit Sedimenten bedeckt werden und schließlich versteinern.

Globale Effekte[Bearbeiten]

Im Verlauf von 800.000 Jahren wiederkehrende Blühperioden in einem 4 Millionen km² großen Becken waren selbst bei konservativer Schätzung mehr als ausreichend, um über die Ablagerung des Pflanzenmaterials ausreichend Kohlenstoff zu begraben, um damit alleine den beobachteten 80%igen Abfall der Kohlendioxidkonzentration zu erklären; es spielten wahrscheinlich aber auch weitere Faktoren eine Rolle. Der Konzentrationsabfall leitete den Wechsel vom damaligen Treibhausklima in das bis heute andauernde Eiszeitalter ein; die Arktis kühlte von einer Durchschnittstemperatur von 13 °C auf die heute bestehende Temperatur von -9 °C ab.[1]; die übrigen Regionen der Erde waren ähnlichen Veränderungen unterworfen. Zum vielleicht ersten mal in der Erdgeschichte[8] war die Erde an beiden Polen vereist. Ein in geologischen Maßstäben schneller Temperaturrückgang in der Zeit vor 49 und 47 Millionen Jahren, zur Zeit des Azolla-Ereignisses, ist erwiesen: Dropstones – die als Beleg für das Vorhandensein von Gletschern betrachtet werden – sind in jüngeren arktischen Sedimenten verbreitet anzutreffen. Dies geschah vor dem Hintergrund einer langsamen langfristigen Abkühlung: Bis zur Zeit vor 15 Mio. Jahren gibt es keine Belege für eine weitläufige polare Vereisung.[9]

Alternative Erklärungen[Bearbeiten]

Während ein ergrünter arktischer Ozean eine tragfähige Arbeitshypothese ist, deuten skeptische Wissenschaftler auf die Möglichkeit hin, dass Azolla-Kolonien in Flussdeltas oder Süßwasserlagunen durch starke Strömungen in den arktischen Ozean geschwemmt worden sein können, was eine auf dem Ozean schwimmende Süßwasserschicht unnötig macht.[9]

Ökonomische Überlegungen[Bearbeiten]

Azolla-Ablagerungen sind gegenwärtig Gegenstand großen Interesses im Rahmen der Ölsuche in arktischen Regionen. Die Ablagerung großer Mengen organischen Materials stellt das Muttergestein für Erdöl dar. Bei einer entsprechenden Temperatur könnten die eingeschlossenen Azolla-Ablagerungen in Öl oder Gas umgewandelt worden sein.[10] In den Niederlanden wurde ein Forschungszentrum eingerichtet, dessen Schwerpunkt in der Untersuchung des Azolla-Ereignisses liegt.[11]

Siehe auch[Bearbeiten]

Einzelnachweise[Bearbeiten]

  1. a b c d Henk Brinkhuis, Stefan Schouten;: Episodic fresh surface waters in the Eocene Arctic Ocean. In: Nature. 441, Nr. 7093, 2006, S. 606–609. doi:10.1038/nature04692. PMID 16752440.
  2. Waddell, L.M., Moore, T.C.: Salinity of the Early and Middle Eocene Arctic Ocean From Oxygen Isotope Analysis of Fish Bone Carbonate. In: American Geophysical Union, Fall Meeting 2006, abstract# OS53B-1097. 2006. Abgerufen am 16. Oktober 2007.
  3. a b Pearson, P.N., Palmer, M.R.: Atmospheric carbon dioxide concentrations over the past 60 million years. (PDF) In: Nature. 406, Nr. 6797, 2000, S. 695–699. doi:10.1038/35021000. PMID 10963587. Abgerufen am 14. März 2008.
  4. Belnap, J.: Nitrogen fixation in biological soil crusts from southeast Utah, USA. (PDF) In: Biology and Fertility of Soils. 35, Nr. 2, 2002, S. 128–135. doi:10.1007/s00374-002-0452-x. Abgerufen am 17. Oktober 2007.
  5. Stein, R.: The Paleocene-Eocene ("Greenhouse") Arctic Ocean paleoenvironment: Implications from organic-carbon and biomarker records (IODP-ACEX Expedition 302). (abstract) In: Geophysical Research Abstracts. 8, 2006, S. 06718. Abgerufen am 16. Oktober 2007.
  6. Greenwood, D.R., Basinger, J.F. and Smith, R.Y. 2010. How wet was the Arctic Eocene rainforest? Estimates of precipitation from Paleogene Arctic macrofloras. Geology, 38(1): 15–18.. doi:10.1130/G30218.1
  7. J.D. Gleason, D.T. Thomas, T.C. Moore, J.D. Blum, R.M. Owen: Water column structure of the Eocene Arctic Ocean from Nd-Sr isotope proxies in fossil fish debris (PDF) 2007. Abgerufen am 3. November 2007: „The Sr-Nd isotopic record is [...] indicative of a poorly mixed ocean and highly stratified water column with anoxic bottom waters. A stable, "fresh" water upper layer was likely a pervasive feature of the Eocene Arctic Ocean“
  8. mit an Sicherheit grenzender Wahrscheinlichkeit hatte die Erde während des Phanerozoikums eine Vereisung an beiden Polen; ob dies auch während der Schneeball Erde-Ereignisse im Neoproterozoikum der Fall war, ist umstritten
  9. a b Tim Appenzeller: Great green north. In: National Geographic. Mai 2005.
  10. ANDREW C. REVKIN: Under all that ice, maybe oil. In: New York Times, 20. November 2004. Abgerufen am 17. Oktober 2007. 
  11. http://www.cosis.net/members/meetings/team.php?team=3246