Benutzer:Berossos/Artikel Klimageschichte

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Übersicht der großen Massenaussterben im Phanerozoikum

Bezeichnung/Epoche	Datierung	Ungefährer Artenschwund	Möglicher Megavulkanismus	Temperaturanomalien	Anoxische Ereignisse
Mittleres Kambrium	510 mya	50 %?	Kalkarindji-Vulkanprovinz	?	Ja
Oberes Ordovizium	444 mya	Bis 85 %	–	Abkühlung auf eiszeitliches Klima (ca. –5 °C)	Zeitweise
Kellwasser-Ereignis	372 mya	65 bis 75 %	Viluy-Trapp?	Erwärmung bis +9 °C mit Abkühlungsphasen	Ja
Hangenberg-Ereignis	359 mya	Bis 75 %	–	Rascher Wechsel von Warm- und Glazialphasen	Ja
Capitanium	260 mya	Um 60 %	Emeishan-Trapp	Wahrscheinlich deutliche Klimaschwankungen	Ja (regional?)
Perm-Trias-Grenze	252 mya	75 % an Land, 95 % im Ozean	Sibirischer Trapp	Erwärmung um +10 °C, in der Unteren Trias (Smithium/Spathium) +6 °C	Ja
Trias-Jura-Grenze	201 mya	Um 70 %	Zentralatlantische Magmatische Provinz	Erwärmung um +6 °C	Ja
Kreide-Paläogen-Grenze	66 mya	Bis 75 %	Dekkan-Trapp	Nach Impaktwinter +4 °C im Ozean, +6 bis +8 °C auf dem Festland	?

Ein Massenaussterben (englisch Mass Extinction) ist ein in geologisch kurzen Zeitabschnitten von einigen zehntausend bis mehreren hunderttausend Jahren stattfindendes großes Artensterben, das sich vom so genannten „normalen“ Hintergrundaussterben signifikant abhebt. Im chronostratigraphischen System der Erdgeschichte belegen die einzelnen Epochenübergänge fast immer einen Faunenwechsel mit einem vorhergehenden Aussterbe-Ereignis. Für die letzten 2,4 Milliarden Jahren wurden anhand geologischer, paläontologischer und paläoklimatologischer Befunde eine Reihe von größeren und kleineren Massenaussterben nachgewiesen.

Die in den letzten Jahrzehnten erzielten Fortschritte bei den radiometrischen Datierungs- und Nachweisverfahren führten zu einer erheblichen Zunahme der Messgenauigkeit. Dadurch wurde es möglich, verschiedene Massenaussterben zeitlich genauer einzugrenzen, relativ umfassend zu beschreiben und vorher unbekannte biologische und ökologische Krisen im Laufe der Erdgeschichte zu dokumentieren. In der Wissenschaft besteht kein eindeutiger Konsens bei der Definition eines Massenaussterbens. Einige Publikationen verwenden den Begriff nur bei einer Aussterberate von über 75 Prozent, andererseits wird häufig jeder stärkere Einschnitt in die Biodiversität als Massenaussterben bezeichnet.

Erd- und klimageschichtlicher Hintergrund

Vor der Hypothese eines Großen Bombardements der Erde durch Asteroiden und Kometen zwischen 4,1 bis 3,8 Milliarden wurde allgemein angenommen, die Erde sei zuvor generell glutflüssig gewesen. Zur Erdwärme und zur geologischen Dynamik der Erde tragen zu einem erheblichen Anteil Restwärme aus der Zeit der Erdentstehung, radioaktive Zerfallsprozesse und kinetische Energie aus der Bewegung der Erde um ihre eigene Achse bei. Die Erdkruste und der Erdmantel wirken isolierend; die an den Weltraum abgegebene Energie ist heute um mehrere Größenordnungen kleiner als die Sonneneinstrahlung.

Bei der ersten Atmosphäre vor über vier Milliarden Jahren wird angenommen, sie hätte ähnlich wie heutige Vulkanausgasungen größtenteils aus Wasserdampf (H₂O) und zu kleineren Anteilen aus Kohlenstoffdioxid (CO₂) und Schwefelwasserstoff (H₂S) sowie kleineren Anteilen von Stickstoff (N₂), Wasserstoff (H₂), Kohlenmonoxid (CO), Helium, Methan und Ammoniak bestanden. Umstritten ist, wann es zur Bildung eines ersten Urozeans kam und die Erdoberfläche abgekühlt genug war, um Niederschläge zuzulassen. Möglicherweise stammen vorher gebildete Gesteine aus den bereits stärker abgekühlten fremden Himmelskörpern, diese stellen eine mögliche Herkunftsquelle des irdischen Wassers dar. Bereits vor 3,8 Milliarden Jahren sind eindeutig Spuren flüssigen Wassers nachzuweisen. Hinweise auf Leben auf der Erde gibt es seit mindestens 3,5 Milliarden Jahren.

Ein gravierender Klimaeinschnitt war die vor 2,4 Milliarden Jahren beginnende Paläoproterozoische Vereisung (auch Huronische Eiszeit genannt), mit einer Dauer von etwa 300 Millionen Jahren das längste Eiszeitalter der Erdgeschichte und wahrscheinlich eine direkte Folge der großen Sauerstoffkatastrophe. Daran schloss sich eine längere Warmzeit an, scherzhaft als boring billion (langweilige Milliarde) bezeichnet. Erst danach, seit etwa einer Milliarde Jahre, kam es zu einem bis in die geologische Gegenwart fortdauernden Wechsel mehrerer Kalt- und Warmzeiten, in regelmäßigen Abständen ab.

Das Paradoxon wird unter anderem im Umfeld von Junge-Erde-Kreationisten und Anhängern des sogenannten Intelligent Design als Argument gegen die vielfältigen wissenschaftlichen Datierungen herangezogen, die das Alter der Erde auf etwa 4,6 Milliarden Jahre festlegen.

Einfluss der Atmosphäre

→ Hauptartikel: Entwicklung der Erdatmosphäre und Treibhauseffekt

Überblicksdarstellung des Treibhauseffekts. Kurzwellige Strahlung der Sonne trifft auf die Atmosphäre und Erdoberfläche. Langwellige Strahlung wird von der Erdoberfläche abgestrahlt und in der Atmosphäre fast vollständig absorbiert. Die Zahlen geben die aktuelle Leistung in Watt/Quadratmeter an

Die Treibhauswirkung rührt von einer unterschiedlichen Durchlässigkeit für den kurzwelligen (vor allem ankommenden) Anteil der Sonnenstrahlung gegenüber der langwelligen (vor allem reflektierten) Wärmestrahlung her. In der Erdatmosphäre haben klimawirksame Treibhausgase wie Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid, Methan und Ozon seit Anbeginn zentralen Einfluss auf die Klimageschichte und das Klima. Der natürliche Treibhauseffekt hebt die durchschnittliche Temperatur an der Erdoberfläche heute um etwa 33 °C auf +15 °C an. Ohne diesen natürlichen Treibhauseffekt hätte die heutige untere Erdatmosphäre im globalen Mittel nur −18 °C und wäre äußerst lebensfeindlich. Mit der heutigen Zusammensetzung der Atmosphäre wäre die Oberflächentemperatur zu Anfang der Erdgeschichte bei sonst gleichen Bedingungen (Landverteilung, Albedo) global um ca. 20° kälter gewesen.

Ein über mehrere Milliarden Jahre weitgehend stabiles Klima setzt wirkungsvolle Regelmechanismen voraus. Wasser in seinen verschiedenen Aggregatzuständen alleine wirkt einer Abkühlung durch eine geringere Strahlungsleistung der Sonne nicht entgegen.

Die beobachteten Klimaveränderungen müssen deshalb durch die Einwirkung anderer Faktoren, wie z.B. die Wolkenbildung, erklärt werden. So kühlen niedrige Wolken die Erdoberfläche durch ihre Sonnenreflexion, hohe Wolken wärmen hingegen. Die Wolkenbildung wird u.a. von Kondensationskeimen, feinen Partikeln und Spurengasen beeinflusst. Eine wichtige Rolle spielt hier der Vulkanismus und dabei in die Atmosphäre verbrachte Gase, Stäube und Aerosole sowie die Folgen von Leben im weitesten Sinne.

Die Aktivität von Vegetation, die Erosion und Verwitterung hat über die Bildung und Beschaffenheit von Lockergestein und Böden Einfluss auf die Reflexionseigenschaften der Erdoberfläche sowie die Verdunstung und damit auf Wolkenbildung und Klima.

Klimaeinfluss haben daneben die Parameter der Erdbahn und der Erdachse in Bezug auf die Sonne. So werden Eis- und Warmzeiten der jüngeren Zeit bevorzugt über die im Rahmen der Milanković-Zyklen regelmäßig veränderte Erdbahngeometrie gedeutet.

Klimaeinfluss der Lage und Bildung von Ozeanen und Kontinenten

Die Plattentektonik der Erde und die damit verbundene wechselnde Verteilung von Kontinenten und Gebirgen ist mit entscheidend über die dauerhafte Bildung von Gletschern, die Auswirkungen und den Charakter von Niederschlägen und Meeresströmungen. Sie ist eine Besonderheit der Erde gegenüber Venus und Mars, die entsprechende tektonische Veränderungen nicht oder nur in der Vergangenheit aufgewiesen haben. Die Tektonik kann Klimawirkungen auslösen, etwa wenn erhöhte Temperaturen an einer Stelle zu mehr Verdunstung und andernorts zu mehr Niederschlag und Gletscherbildung beitragen oder vormals maritime oder trockenkalte Regionen von Land oder Gebirgen bedeckt werden und umgekehrt. Genauso trägt eine Verlagerung kontinentaler Platten in die Polarregionen samt Veränderungen bei Meeresströmungen wie etwa dem Golfstrom global und regional zu erheblichen Klimawirkungen bei. Bei keinen oder nur wenigen Landmassen wäre auf Basis eines einfachen Klimamodells eine zusätzliche Erwärmung von etwa 4 °C anzunehmen.

Verlauf
Unter Geowissenschaftlern umstritten ist nach wie vor die Bildung eines ersten Kontinents, Ur, der nur etwa so groß wie das heutige Australien gewesen sein sollte, bereits vor etwa 3 Milliarden Jahren. Gesteine einzelner Inseln in einem durch die frühen Hydrosphäre gebildetem Urozean sind möglicherweise im Nuvvuagittuq-Grünsteingürtel auf Grönland erhalten. Etwas weniger fraglich ist die Bildung von Kenorland als erstem Superkontinent, die genau zur Zeit der archaisischen Vereisung 2,45 Milliarden Jahre vor unserer Zeit begann. Erst vor einer Milliarde Jahren, mit dem Neoproterozoikum, kam es zum Zusammenschluss des ersten Superkontinents Rodinia, ebenfalls in zeitlichem Zusammenhang mit einer bedeutenden Vereisung. Seit dem, bis in das heute andauernde Erdzeitalter, dem Phanerozoikum, wechseln sich Kalt- und Warmzeiten regelmäßig ab. Kontinente und größere Inseln im Umfeld der Polargebiete erscheinen dabei als wichtiger Faktor für stärkere Kaltzeiten. Eine bedeutende derartige Vereisung fand im mittleren Ordovizium statt, die moderate Kaltzeit zwischen Jura und Kreide vor etwa 150 Millionen Jahren fällt mit dem Auseinanderbrechen des im Oberkarbon gebildeten Superkontinents Pangaea zusammen.

Sammlung von Einzelnachweisen im Vor- und Rohstadium

Allgemeine Studien (Phanerozoikum)

Interglacial diversity

http://www.pmodwrc.ch/pmod.php?topic=tsi/composite/SolarConstant

http://climatechange.lta.org/wp-content/uploads/cct/2015/03/ZeebeEtAl-NGS16.pdf

Nonlinear climate sensitivity and its implications for future greenhouse warming Tobias Friedrich1, Axel Timmermann1, Michelle Tigchelaar, Oliver Elison Timm, Andrey Ganopolski 09 Nov 2016: S. 148–158 Vol. 2, no. 11, e1501923 DOI: 10.1126/sciadv.1501923 http://edoc.gfz-potsdam.de/pik/get/7328/0/4a1d8abbb9bd23f27d3b486d9f98b30f/7328oa.pdf

Ambiguity in the causes for decadal trends in atmospheric methane and hydroxyl Alexander J. Turner, Christian Frankenberg, Paul O. Wennberg, Daniel J. Jacob http://www.pnas.org/content/early/2017/04/18/1616020114.abstract doi: 10.1073/pnas.1616020114 April 2017???? vol. 114 no. 16????? Für ihre Studie analysierten sie die Konzentrationen eines wichtigen "Waschmittels" der Atmosphäre – des Hydroxyl-Radikals (OH-). Dieses hochreaktive Molekül verbindet sich in der Atmosphäre mit dem Methan und wandelt es in Kohlendioxid und Wasserdampf um. Durch Isotopenanalysen und Messungen einer weiteren eng mit dem Hydroxyl verknüpften Verbindung gelang es Turner und seinen Kollegen, die Entwicklung und Gehalte von Hydroxyl und damit die "Waschkraft" der Atmosphäre genauer zu bestimmen. Auch die Entwicklung der Methanemissionen überprüften die Forscher mit Hilfe eines Modells.

http://www.nature.com/ngeo/journal/v3/n3/full/ngeo755.html

http://oceanservice.noaa.gov/education/pd/climate/factsheets/iscurrent.pdf

http://www.soest.hawaii.edu/oceanography/faculty/zeebe_files/Publications/ZeebeAR12.pdf History of Seawater Carbonate Chemistry, Atmospheric CO2,and Ocean Acidification

http://www.researchgate.net/profile/Christian_Verard/publication/274071512_Geodynamic_evolution_of_the_Earth_over_the_Phanerozoic_Plate_tectonic_activity_and_palaeoclimatic_indicators/links/552380f80cf2a2d9e146f4a6.pdf Geodynamic evolution of the Earth over the Phanerozoic: Plate tectonic activity and palaeoclimatic indicators

A sulfidic driver for the end-Ordovician mass extinction Emma U. Hammarlund, Tais W. Dahl, David A. T. Harper, David P. G. Bond, Arne T. Nielsen, Christian J. Bjerrum, Niels H. Schovsbo, Hans P. Schönlaub, Jan A. Zalasiewicz, Donald E. Canfield http://tais.planetkort.dk/Professional_Site/Publications_files/007_Hammarlund_Dahl_SulfidicDriverLateOrdovician_EPSL.pdf doi: 10.1016/j.epsl.2012.02.024 Earth and Planetary Science Letters 331–332 (Mai 2012) 128–139

Swansong biospheres II: the final signs of life on terrestrial planets near the end of their habitable lifetime Jack T. O'Malley-James, Charles S. Cockell, Jane S. Greaves, John A. Raven International Journal of Astrobiology Volume 13 / Issue 03 / July 2014, pp 229–243 DOI: http://dx.doi.org/10.1017/S1473550413000426

http://www.geo.hunter.cuny.edu/~fbuon/EES_717/references/EarthInterior/intermittentPT.pdf Intermittent Plate Tectonics?

Neuere Studien kommen hingegen nach Auswertung des aktuellen Datenmaterials zu dem Ergebnis, dass der sogenannte Hiatus nicht existierte und dass sich die globale Erwärmung im fraglichen Zeitraum unvermindert fortgesetzt hat.

Nach einer paläoklimatologischen Analyse der letzten 784.000 Jahre mit acht kompletten Zyklen von Kalt- und Warmphasen innerhalb des Quartären Eiszeitalters kommen die Autoren einer aktuellen Studie von 2016 zu dem Ergebnis, dass die Klimasensitivität in hohem Maße temperaturabhängig ist. Demnach liegt die Klimasensitivität während einer Kaltzeit wie dem Würm- beziehungsweise Weichsel-Glazial bei rund 2° C und erhöht sich unter Warmzeitbedingungen wie dem Holozän um etwa das Doppelte.

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1034/j.1600-0889.2000.00898.x/citedby

Präkambrium

http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2719.html Prebiotic chemistry and atmospheric warming of early Earth by an active young Sun V. S. Airapetian, A. Glocer, G. Gronoff, E. Hébrard, W. Danchi Nature Geoscience (2016) doi:10.1038/ngeo2719

A new ∼3.46 Ga asteroid impact ejecta unit at Marble Bar, Pilbara Craton, Western Australia: A petrological, microprobe and laser ablation ICPMS study http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0301926816300511

http://www.scinexx.de/wissen-aktuell-20162-2016-05-10.html http://www.nature.com/ngeo/journal/vaop/ncurrent/full/ngeo2713.html Earth's air pressure 2.7 billion years ago constrained to less than half of modern levels

http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1674987112000898 Precambrian supercontinents, glaciations, atmospheric oxygenation, metazoan evolution and an impact that may have changed the second half of Earth history

http://geotop.ca/upload/files/publications/chercheur/HalversonGP/Zheng%202013.pdf Neoproterozoic glaciations in a revised global palaeogeography from the breakup of Rodinia to the assembly of Gondwanaland

http://www.researchgate.net/profile/Kurt_Konhauser/publication/239695952_Large-scale_fluctuations_in_Precambrian_atmospheric_and_oceanic_oxygen_levels_from_the_record_of_U_in_shales/links/00b7d51c1d07ddbb70000000.pdf Large-scale fluctuations in Precambrian atmospheric and oceanic oxygen levels from the record of U in shales

http://www.nature.com/ngeo/journal/v8/n9/full/ngeo2523.html Snowball cooling after algal rise

http://www.pnas.org/content/early/2015/10/14/1517557112.full.pdf Potentially biogenic carbon preserved in a 4.1 billion-year-old zircon Elizabeth A. Bella, Patrick Boehnke, T. Mark Harrison, Wendy L. Mao doi: 10.1073/pnas.1517557112 September 2015

http://advances.sciencemag.org/content/1/10/e1500800 Suspension feeding in the enigmatic Ediacaran organism Tribrachidium demonstrates complexity of Neoproterozoic ecosystems Imran A. Rahman, Simon A. F. Darroch, Rachel A. Racicot, Marc Laflamme Science Advances, November 2015, Vol. 1, Nr. 10, 10.1126/sciadv.1500800 Späte Ediacara-Fauna komplexer und entwickelter als bisher angenommen, ca. 10 Millionen Jahre vor der Kambrischen Explosion. Die Organismen des Ediacariums nutzen bereits verschiedene Nahrungsstrategien und spielten damit eine wichtige Rolle als Gestalter ihrer Ökosysteme.

Klimawandel-Ereignisse im Phanerozoikum

https://personal.ems.psu.edu/~jlm80/Geosc497/Kump2005burp.pdf May 01, 2005 Massive release of hydrogen sulfide to the surface ocean and atmosphere during intervals of oceanic anoxia Lee R. Kump, Alexander Pavlov, Michael A. Arthur Geology (2005) 33 (Issue 5): 397-400. https://doi.org/10.1130/G21295.1

Earth and Planetary Science Letters Volume 529, 1 January 2020 End-Permian (252 Mya) deforestation, wildfires and flooding—An ancient biotic crisis with lessons for the present Stephen McLoughlin, Chris Mays, Tracy D. Frank, Christopher R. Fielding, Allen Tevyaw, Veiko Lehsten, Malcolm Bocking, Robert S. Nicoll 10.1016/j.epsl.2019.115875

Earth and Planetary Science Letters Volume 419, 1 June 2015, Pages 52-62 Sulfur isotope evidence for low and fluctuating sulfate levels in the Late Devonian ocean and the potential link with the mass extinction event Min Sub Sim, Shuhei Ono, Matthew T. Hurtgen 10.1016/j.epsl.2015.03.009

10.1.1.713.3007&rep=rep1&type=pdf Journal of the Geological Society (Lyell Collction) Large sulphur isotopic perturbations and oceanic changes during the Frasnian–Famennian transition of the Late Devonian Daizhao Chen, Jianguo Wang, Grzegorz Racki, Hua Li, Chengyuan Wang, Xueping Ma, Michael T. Whalen Volume 170, Issue 3 May 2013 170, 465–476, Mai 2013, 10.1144/jgs2012-037

Vormerkliste

Aktuelle Studien bei Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology bis Januar 2021

A high-resolution record of environmental changes from a Cretaceous-Paleogene section of Seymour Island, Antarctica 10.1016/j.palaeo.2020.109844

Late Cretaceous–Paleogene palaeoclimate reconstruction of the Gippsland Basin, SE Australia 10.1016/j.palaeo.2020.109885

Astronomically forced climate cooling across the Eocene–Oligocene transition in the Pearl River Mouth Basin, northern South China Sea 10.1016/j.palaeo.2020.109945

Mercury anomalies within the lower Cambrian (stage 2–3) in South China: Links between volcanic events and paleoecology 10.1016/j.palaeo.2020.109956

Evidence of widespread wildfires in coal seams from the Middle Jurassic of Northwest China and its impact on paleoclimate 10.1016/j.palaeo.2020.109819

Uplands, lowlands, and climate: Taphonomic megabiases and the apparent rise of a xeromorphic, drought-tolerant flora 10.1016/j.palaeo.2020.109965

Latest Cretaceous (Maastrichtian) climate of the Koryak Upland of North-East Russia based on a quantitative analysis of a palaeo-polar flora 10.1016/j.palaeo.2020.109997

Abrupt warming in the latest Permian detected using high-resolution in situ oxygen isotopes of conodont apatite from Abadeh, central Iran 10.1016/j.palaeo.2020.109973

Aktuelle Studien bei Gondwana Research bis Januar 2021

Evidence for the Carnian Pluvial Episode in Gondwana: New multiproxy climate records and their bearing on early dinosaur diversification 10.1016/j.gr.2020.05.009

Collapsed upwelling and intensified euxinia in response to climate warming during the Capitanian (Middle Permian) mass extinction 10.1016/j.gr.2020.09.003

Palaeo-wildfire

Trotz des gelegentlichen Auftretens von Holzkohle im Spätsilur und frühen Devon ist der Nachweis von Bränden durch den größten Teil des Devons selten. Es gibt eine bedeutende "Holzkohlenlücke" im jüngsten Mitteldevon und frühesten Spätdevon, gefolgt von zunehmenden Brandstellen im jüngsten Famennian. Allerdings wurden eher Stauden und Sträucher verbrannt, aber kaum Baumkronen. Dieses Muster setzte sich bis in das frühe und mittlere Mississippium fort (bis etwa 335 mya). Die Funde fossiler Holzkohle im Umkreis der Devon-Karbon-Grenze legen zunehmende Brandaktivitäten nahe. Dies deutet auf Sauerstoffkonzentrationen hin, die hoch genug waren, um Brandverläufe bei relativ niedrigen Temperaturen von 500 bis 600° C zu unterhalten. Atmosphärische Modellierungen nehmen einen Sauerstoffwert von 17,5 bis 22 Prozent im Spätdevon an. Die Daten belegen, dass Brände zum ersten Mal im Spätdevon großen Einfluss auf die Vegetations- und Erdsystemprozesse ausüben konnten.

Frontiers in Plant Science, 23 September 2015 Vol. 6 | https://doi.org/10.3389/fpls.2015.00756 The impact of fire on the Late Paleozoic Earth system Ian J. Glasspool, Andrew C. Scott, David Waltham, Natalia Pronina, Longyi Shao https://www.researchgate.net/profile/Ian_Glasspool/publication/282431943_The_impact_of_fire_on_the_Late_Paleozoic_Earth_System/links/563b87a108aec6f17dd4dedc.pdf The impact of fire on the Late Paleozoic Earth system

Sandra Isabella Kaiser, Markus Aretz, Ralph Thomas Becker The global Hangenberg Crisis (Devonian–Carboniferous transition): review of a first-order mass extinction http://www.senckenberg.de/files/content/forschung/projekte/igcp-596/kaiser_etal_2015.pdf Geological Society of London v. 423, p. 387-437 First published online November 11, 2015, doi: 10.1144/SP423.9 Geological Society, London, Special Publications 2016 10.1144/SP423.9

Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Volume 535, 1 December 2019 Reconstructions of Antarctic topography since the Eocene–Oligocene boundary Guy J.G.Paxman, Stewart S. R. Jamieson, Katharina Hochmuth, Karsten Gohl, Michael J.Bentley, German Leitchenkov, Fausto Ferraccioli 10.1016/j.palaeo.2019.109346

Climate of the Past, 12, 429–438, Late Cretaceous (late Campanian–Maastrichtian) sea-surface temperature record of the Boreal Chalk Sea Nicolas Thibault, Rikke Harlou, Niels H. Schovsbo, Lars Stemmerik, Finn Surlyk Published: 24 February 2016 https://www.clim-past.net/12/429/2016/cp-12-429-2016.pdf Zwei große Kühlintervalle sind bei 71,6-69,6 (unteres Maastrichtian) (72 mya) und 67,9-66,4 Myr (oberes Maastrichtian) markiert.

Paläozoikum (Erdaltertum)

Kambrium

• Vor ca. 510, 504 und 485 Millionen Jahren im Kambrium: Das Kambrium war eine Epoche mit zum Teil extrem erhöhtem Vulkanismus, mit Durchschnittstemperaturen bis zu 20 °C und einer atmosphärischen CO₂-Konzentration um 5000 ppm. Diese Faktoren beeinflussten nachhaltig die chemische Beschaffenheit des Meerwassers, so dass die ozeanischen Lebensgemeinschaften durch Schwefeldioxid-Eintrag, Sauerstoffverknappung sowie Versauerung und damit verbundenem Absacken des pH-Werts häufig an ihre biologischen Grenzen stießen..
  Die rasche Zunahme der Biodiversität im Zuge der Kambrischen Explosion führte zu einem rapiden Anstieg des Hintergrundaussterbens, das als permanente Begleiterscheinung der biologischen Evolution in der ersten Hälfte des Paläozoikums und hier besonders im Kambrium ein sehr hohes Niveau erreichte. Eine Abgrenzung zwischen dem natürlichen Artenaustausch und einem Massenaussterben ist daher schwierig, zumal einige kambrische Schichten im Hinblick auf die fossile Überlieferung erhebliche Lücken aufweisen. Für die biologische Krise vor 510 Millionen Jahren konnte vor kurzem ein möglicher Auslöser gefunden werden. Danach steht das Massenaussterben in Zusammenhang mit der Kalkarindji-Vulkanprovinz im heutigen Westaustralien. Die damals freigesetzten Flutbasalte nehmen eine Fläche von 2 Millionen km² ein und verursachten durch ihre Ausgasungen eine starke Zunahme anoxischer Zonen in den Ozeanen. Schätzungsweise die Hälfte aller marinen Lebewesen fiel der Katastrophe zum Opfer, darunter viele Trilobiten (Dreilappkrebse), Conodonten und Brachiopoden (Armfüßer).

Ordovizium

Paleoceanography and Paleoclimatology Glacial onset predated Late Ordovician climate cooling Alexandre Pohl, Yannick Donnadieu, Guillaume Le Hir, Jean‐Baptiste Ladant, Christophe Dumas, Jorge Alvarez‐Solas, Thijs R. A. Vandenbroucke https://doi.org/10.1002/2016PA002928 Volume 31, Issue 6 June 2016 Pages 800–821 https://agupubs.onlinelibrary.wiley.com/doi/full/10.1002/2016PA002928

Klimatisch ähnelte das Ordovizium über große Teile dem Unteren Kambrium. Der atmosphärische Kohlenstoffdioxid-Anteil lag mit etwa 5000 ppm weiterhin auf einem sehr hohen Niveau, und es herrschte ein bis in höhere Breiten warmes oder zumindest mildes Klima. Paläogeographisch dominierte der bis in das südliche Polargebiet reichende Großkontinent Gondwana, während mit den ebenfalls südlich oder in Äquatornähe gelegenen Landmassen von Laurentia, Baltica und Sibiria drei weitere Kontinente existierten.

Etwa an der Grenze vom Mittleren zum Oberen Ordovizium setzte eine globale Abkühlung ein, die zusammen mit der signifikanten Reduktion des CO₂-Gehalts schließlich in die Anden-Sahara-Eiszeit mündete (auch Hirnantische Eiszeit genannt). Der Vergletscherungsprozess begann vor etwa 460 Millionen Jahren und betraf weite Bereiche der südlichen Hemisphäre. Er erreichte seine größte Ausdehnung während der letzten ordovizischen Stufe des Hirnantiums und endete im Silur vor 430 Millionen Jahren. Anhand glazialer Ablagerungen konnte die Drift und die Bewegungsrichtung des Großkontinents Gondwana über den Südpol in chronologischer Abfolge rekonstruiert werden. Der Kernbereich der Vereisung konzentrierte sich vor 450 bis 440 Millionen Jahren auf die Arabische Platte und anschließend auf die heutige Sahara, wanderte dann westwärts in Richtung Südamerika (Brasilien und unteres Amazonasgebiet) und erfasste vor 430 Millionen Jahren in abgeschwächter Form die Region der damals noch nicht vorhandenen Andenkette.

Als mögliche Gründe für die relativ abrupt einsetzende globale Abkühlung gelten die Kontinentalbedeckung der Antarktis, die rasche Senkung des Meeresspiegels sowie eine möglicherweise größere Schwankungsbreite der Erdbahn-Parameter. Neben der kürzeren Tageslänge von 21,5 Stunden, die nach Modellsimulationen unter den damaligen Gegebenheiten ebenfalls einen Abkühlungsfaktor darstellte, spielte vor allem die im Vergleich zur Gegenwart um 4,5 Prozent verminderte Sonneneinstrahlung eine entscheidende Rolle (Solarkonstante im Ordovizium 1306 W/m², aktuell 1367 W/m²). Einen erheblich größeren Einfluss auf den anorganischen Kohlenstoffzyklus als die bis dahin erfolgte „Besiedelung“ des Festlandes durch Cyanobakterien und frühe Pilzformen (Arbuskuläre Mykorrhizapilze) übte das Erscheinen erster moosartiger Pflanzen vor rund 460 Millionen Jahren aus. Die zunehmende Vegetationsbedeckung entzog den Böden eine Reihe von Elementen wie Calcium, Magnesium, Phosphor und Eisen. Daraus resultierte eine beschleunigte chemische Verwitterung der Erdoberfläche mit erhöhter Bindung von atmosphärischem Kohlenstoffdioxid und einer damit gekoppelten globalen Abkühlung um ca. 5 Grad.

Im Hirnantium vor 445,2 bis 443,4 Millionen Jahren erreichten nicht nur die Gletscherstände ein Maximum, parallel dazu geschah eines der folgenschwersten Massenaussterben der Erdgeschichte. Die Schätzungen zur Aussterberate der davon betroffenen Arten schwanken erheblich und belaufen sich auf bis zu 85 Prozent. In der Wissenschaft besteht größtenteils Einigkeit darüber, dass die in mehreren Schüben erfolgende biologische Krise gegen Ende des Ordoviziums auf einer Kombination verschiedener Faktoren beruht, zu denen vermutlich auch ein starker Vulkanismus zählte. Dessen Ausgasungen in Form von Schwefeldioxid und Stickoxiden könnten die ozeanischen Biotope erheblich geschädigt haben. Diese Annahme wird durch die Entdeckung eines so genannten Ozeanischen anoxischen Ereignisses gestützt, das während des Hirnantiums die marinen Lebensräume zusätzlich destabilisierte.

Alternativ wurde für das Massenaussterben verschiedentlich eine extraterrestrische Ursache in Form eines Gammablitzes vorgeschlagen. Zwar stimmt die rasche Dezimierung der die oberen Meereszonen bewohnenden Organismen mit der Strahlungshypothese überein, es fehlen jedoch darüber hinaus weitere faktische Belege.

Einige neuere Studien gehen davon aus, dass nicht alleine das Glazialklima und die damit verbundene Absenkung des Meeresspiegels (mit einem Schwund mariner Biotope) den primären Aussterbefaktor darstellte, sondern dass geochemische Veränderungen wie die umfangreiche Freisetzung giftiger Schwermetalle beziehungsweise die weitgehende Reduzierung von Spurenelementen ebenfalls eine gravierende Rolle spielten. So erreichte die Konzentration des lebenswichtigen Spurenelements Selen am Übergang vom Ordovizium zum Silur offenbar nur einen Bruchteil des gegenwärtigen Niveaus. Diese Konstellation scheint bei einigen späteren Massenaussterben wie jenen im Oberdevon ebenfalls aufgetreten zu sein. Diese Erkenntnis impliziert im Hinblick auf die biologische Destabilisierung der Ozeane ein komplexes Ursache-Wirkungs-Gefüge, bestehend unter anderem aus den Komponenten Zu- oder Abnahme der globalen Sauerstoff- und Kohlendioxidwerte, oxidative Erosion, anoxische Bedingungen, Meeresspiegelschwankungen sowie erhöhte oder verringerte Nährstoffeinträge.

Silur

The Silurian hypothesis: would it be possible to detect an industrial civilization in the geological record?

Während der Südkontinent Gondwana seine Position und Ausdehnung im Wesentlichen beibehielt, verschmolzen im Untersilur die inzwischen weiter nach Norden gewanderten Kontinentalplatten Laurentia und Baltica zum neuen Großkontinent Laurussia. Im Obersilur lösten sich mehrere Krustenblöcke (zusammengefasst unter der Bezeichnung Hun-Superterran) vom Nordteil Gondwanas und drifteten in Richtung Laurussia. Zwischen dem Hun-Superterran und Gondwana entstand – vorerst als schmaler Meeresarm – die Palaeotethys. Diese Entwicklung führte zu einer Neuausrichtung beziehungsweise Verlagerung der atmosphärischen und ozeanischen Zirkulation in dieser Region.

Im Verlauf des Silurs erreichte die Sauerstoffkonzentration erstmals Werte um 14 Prozent, und der CO₂-Anteil sank allmählich auf ein Level unter 4000 ppm. Nach dem Abklingen der Anden-Sahara-Eiszeit herrschte ein warm-gemäßigtes Klima mit einem globalen Durchschnittswert von ungefähr 17 °C, wobei der meridionale Temperaturgradient (das Temperaturgefälle vom Äquator zu den Polargebieten) sowohl im Silur als auch im nachfolgenden Devon flacher ausfiel als gegenwärtig. Da abgesehen von einigen kurzzeitigen und räumlich begrenzten Gletscherbildungen die Erde fast eisfrei war, verharrte der Meeresspiegel auf einem hohen Niveau, und die Kontinentalränder wurden von ausgedehnten Flachmeeren überflutet.

Wie in nahezu jeder geologischen Epoche ereigneten sich auch im Silur mehrere biologische Krisen und Aussterbe-Ereignisse, mit Schwerpunkt in der Wenlock-Serie vor rund 432 bis 428 Millionen Jahren. Betroffen waren vor allem die marinen Lebensformen der Conodonten und verschiedene Planktongruppen wie die Graptolithen. Bei letzteren stieg die Aussterberate stufenweise bis auf 95 Prozent, ehe die Artenvielfalt über längere Zeiträume wieder zunahm. Ursache derartiger Krisen waren häufig plattentektonische Aktivitäten mit einem extrem intensiven Vulkanismus, der chemische und klimatische Anomalien in der Atmosphäre und den Ozeanen hervorrief und den kurz- und langfristigen Kohlenstoffkreislauf nachhaltig beeinflusste.

Die Evolution der Landpflanzen machte während des Silurs rasche Fortschritte, auch im Hinblick auf ihr zunehmendes Größenwachstum. In dieser Zeit erschienen die ersten Gefäßpflanzen, Flechten und einfache Bärlapppflanzen. Pflanzen mit echten Wurzeln wurden erstmals im Oberen Silur nachgewiesen. Damit nahm der Einfluss der Vegetation auf die Böden und gleichzeitig auf die Effektivität der Verwitterungsprozesse weiter zu.

Ebenfalls im Obersilur trat erstmals ein Naturphänomen auf, das spätestens mit Beginn des Karbons zu einem bedeutenden ökologischen Einflussfaktor wurde, nämlich die Entstehung von Wald-, Busch- und Flächenbränden (englisch wildfire respektive palaeo-wildfire) durch Blitzeinschläge oder Lavaausflüsse. Die Rolle von Großbränden in der Erdgeschichte beziehungsweise ihr Einfluss auf die damaligen Ökosysteme wird von Wissenschaftsdiziplinen wie der Paläontologie oder der Paläobotanik erst seit wenigen Jahrzehnten systematisch erforscht und in der entsprechenden Fachliteratur umfassend behandelt.

Die Umweltsituation im Devon

Kurz nach Beginn des Oberdevons trat eine gravierende Destabilisierung der Biosphäre auf, die in zwei Massenaussterben gipfelte: das Kellwasser-Ereignis an der Frasnium-Famennium-Grenze vor 372 Millionen Jahren und an der Schwelle zum Karbon (Famennium-Tournaisium-Übergang) 13 Millionen Jahre später das nur unwesentlich schwächer ausgeprägte Hangenberg-Event. Von den Ereignissen betroffen waren 50 bis 70 Prozent aller marinen Lebensformen, vor allem die Faunengruppen flacher tropischer Meere, deren chemische Beschaffenheit sich mehrmals drastisch änderte. Die Biodiversität des Phytoplanktons nahm so stark ab, dass die ursprüngliche Artenvielfalt erst im Jura wieder erreicht wurde (Phytoplankton-Blackout).

unter anderem ein lange andauernder Megavulkanismus, eine durch den abnehmenden CO₂-Gehalt signifikant verstärkte Wirkung der Milanković-Zyklen oder ein plötzliches Umkippen des gesamten Klimasystems. Möglicherweise war an den Aussterbewellen und den klimatischen Veränderungen im Oberdevon auch eine Häufung von Impaktkatastrophen wie der australische Woodleigh-Einschlag (≈ 364 mya), der Alamo-Einschlag im heutigen Nevada (≈ 367 mya) oder die schwedische Siljan-Impaktstruktur (≈ 380–376 mya) direkt beteiligt. Einigkeit besteht darüber, dass im zeitlichen Umkreis der beiden Massenaussterben mehrmals starke Schwankungen des Meeresspiegels auftraten, die einen extrem kurzfristigen Zyklus verschiedener Kalt- und Warmzeiten nahelegen. In dieses Schema passt die Beobachtung, dass die Kernphasen der Kellwasser- und Hangenberg-Krise lediglich einen Zeitraum von 50.000 bis 100.000 Jahren umfassten.

Auswirkungen im Karbon

Das sich dem Hangenberg-Ereignis unmittelbar anschließende Tournaisium (358,9 bis 346,7 mya), die erste chronostratigraphische Stufe des Karbons, verzeichnete die erneute Ausbreitung von Schelfmeeren und die Tendenz zu einem Warmklima, das jedoch nicht ganz das Niveau der Vorkrisenzeit erreichte. Dieser Klimazustand wurde am Beginn des Mittleren Tournaisiums unterbrochen, zeitgleich mit dem allmählich erfolgenden Wandel in das Stadium des Permokarbonen Eiszeitalters.

Eine Besonderheit des frühen Karbons bildet die lange als rätselhaft geltende, nach dem Paläontologen Alfred Romer (1894–1973) benannte fossilarme Faunensituation (Romer-Lücke, in der Fachliteratur Romer’s gap). Die über 15 Millionen Jahre bis weit in das Unterkarbon reichende Artenarmut könnte in direktem Zusammenhang mit dem vorhergehenden Kellwasser-Aussterben stehen. Auch wenn neuere Funde die Lücke teilweise schließen konnten, bleibt der Eindruck einer länger währenden Erholzeit (englisch Recovery phase) bestehen. Eine Bestätigung erfuhr dieser Befund durch den Nachweis, dass die viele Wirbeltiere (Vertebraten) über den Zeitraum von rund 36 Millionen Jahre eine anhaltende Abnahme ihrer Körpergröße aufwiesen. Da die global verbreitete Kleinwüchsigkeit nicht auf Sauerstoffmangel oder Temperaturstress beruht, spielen wahrscheinlich vor allem ökologische Faktoren eine Schlüsselrolle.

Mögliche Ursachen

Als Hauptursache für das Hangenberg-Ereignis wird in der Fachliteratur häufig der Einfluss eines Megavulkanismus vermutet. Es besteht ein breiter wissenschaftlicher Konsens darüber, dass in der Erdgeschichte sogenannte Magmatische Großprovinzen (englisch Large Igneous Provinces) an einer Reihe von Massenaussterben direkt beteiligt waren, wie zum Beispiel an der Perm-Trias-Grenze (252 mya) oder während des Trias-Jura-Übergangs (201 mya). Dabei handelte es sich jeweils um den großvolumigen Austritt magmatischer Gesteine aus dem Erdmantel, überwiegend in Form von Flutbasalten, die sich im Verlauf von hunderttausend Jahren oder mehr mitunter über eine Fläche von Millionen km² ausbreiteten. Auch für die Kellwasser-Schichten wird anhand der dort entdeckten Quecksilber-Anomalien ein starker vulkanischer Impuls in Form des sibirischen Viluy-Trapps diskutiert. Hingegen deutet wenig auf die Beteiligung einer Magmatischen Großprovinz in Zusammenhang mit der Hangenberg-Krise hin, zumal magmatische Effusionen dieser Größenordnung in allen bekannten Fällen eine weltweite Erwärmung bewirkten. Alternativ wurde deshalb die Existenz eines ausgedehnten „Vulkangürtels“ vorgeschlagen, ähnlich strukturiert wie der gegenwärtige Pazifische Feuerring, dessen Aktivitäten das globale Klima dauerhaft beeinflussten beziehungsweise durch den Ausstoß von Schwefeldioxid und Aerosolen abkühlten.

Die plötzliche Vereisung nach mehr als 80 Millionen Jahren Treibhausklimas wurde wahrscheinlich durch den massiven CO2-Abbau in der Atmosphäre ausgelöst aufgrund der Ablagerung von organischem Kohlenstoff. Im oberen Krisenintervall traten wahrscheinlich anhaltende Oszillationen des globalen Meeresspiegels und des Klimas auf. Sie korrelieren mit dem bisher nur schlecht verstandenen Aussterben der verbliebenen Ammonoideen, Trilobiten, Placodermen und einigen weit verbreiteten Brachiopoden- und Forami-Nifera-Gruppen. In Äquatornähe wurde das Schicksal der ariden Vegetation durch starke Monsunaktivität besiegelt Das untere Tournaisiun ist nach der Krise durch einen anhaltenden eustatischen Anstieg gekennzeichnet, der z. B. die Überflutung von NW-Gondwana und die Ausdehnung der Schelfmeere bis in hohe Breiten Südamerikas und Südafrikas verursachte. Das wieder zunehmende Treibhausklima erreichte nicht ganz das Niveau Vorkrisenzeit Krise und als sie durch das globale, transgressive und wurde am Beginn des mittleren Tournaisian unterbrochen. Die lange als rätselhaft geltende, nach dem Paläontologen Alfred Romer (1894–1973) benannte fossilarme Faunensituation (Romer-Lücke, englisch Romer’s gap), die über 15 Millionen Jahre bis weit in das Unterkarbon reicht, könnte in direktem Zusammenhang mit dem vorhergehenden Kellwasser-Ereignis stehen.

Folgen

Bis vor kurzem wurde die D-C-Grenze noch nicht mit großflächigem Vulkanismus in Verbindung gebracht. Racki et al. (2018a) benutzten die Hg-Chemostratigraphie, um zu vermuten, dass sowohl in Deutschland als auch in Usbekistan weit verbreiteter Vulkanismus an der D-C-Grenze auftrat, obwohl es keinen offensichtlichen LIP-Kandidaten gab.

Definition und GSSP

Zu den markantesten geologischen Aufschlüssen der Devon-Karbon-Grenze in Deutschland gehört das Hasselbachtal in Hagen. Diese Stelle wurde 1900 von dem Geologen August Denckmann entdeckt und kam in die engere Wahl als offizielles Leitprofil (Typlokalität). Zur Referenz (Global Stratotype Section and Point − abgekürzt GSSP) wurde im Jahr 1990 von der International Commission on Stratigraphy (ICS) das in Frankreich gelegene La Serre-Profil in der südöstlichen Montagne Noire gewählt. Definiert wird das stratigraphische Profil durch das erstmalige Auftreten der Conodonten-Art Siphonodella (Eosiphonodella) sulcata.

Global Stratotype Section and Point ist die Bezeichnung für einen geologischen Aufschluss mit marinen Sedimentgesteinen, der als Referenz (Typlokalität) für die Grenze einer chronostratigraphischen Einheit dient.

In der Montagne Noire befindet sich am Hügel von La Serre bei Cabrières der GSSP der Devon-Karbon-Grenze.

Zum offiziellen Referenzprofil (Global Stratotype Section and Point − abgekürzt GSSP) für die Davon-Karbon-Grenze ist von der Internationalen Kommission für Stratigraphie ) ist das in Frankreich gelegene La Serre-Profil in der südöstlichen Montagne Noire. Definiert wird die Devon-Karbon-Grenze durch das erstmalige Auftreten der Conodonten-Art Siphonodella (Eosiphonodella) sulcata.

Paleoceanography and Paleoclimatology On the Sensitivity of the Devonian Climate to Continental Configuration, Vegetation Cover, Orbital Configuration, CO₂ Concentration, and Insolation Julia Brugger, Matthias Hofmann, Stefan Petri, Georg Feulner July 2019 10.1029/2019PA003562

Karbon

Darstellung der Riesenlibelle Meganeura aus dem Oberen Karbon

Die Ausbreitung von Wald- und Sumpflandschaften erreichte im Karbon einen neuen Höhepunkt. Dennoch existierten in den kontinentalen Zentralbereichen große Trockengebiete mit wüstenähnlichem Charakter. Die globale Temperatur bewegte sich am Beginn des Karbons in subtropischen Bereichen, nahm jedoch über die Dauer der Periode stetig ab und lag zum Schluss mit einem Wert um 10 °C deutlich unter dem heutigen Niveau. Diese Abwärtstendenz stand in engem Zusammenhang mit dem Permokarbonen Eiszeitalter (Karoo-Eiszeit), das sich im Unterkarbon mit der beginnenden Vergletscherung der innerhalb des südlichen Polarkreises liegenden Landmassen ankündigte.

Im Oberkarbon vereinigten sich Laurussia und Gondwana vor etwa 310 Millionen Jahren zum Superkontinent Pangaea. Die Kollision der beiden Kontinentalplatten führte einerseits zur Auffaltung des Variszischen Hochgebirges und unterbrach zum anderen als riesige Festlandsbarriere den Wasser- und Wärmeaustausch der äquatorialen Meeresströmungen. Als Folge der eingeschränkten ozeanischen Zirkulation verstärkte sich der im Karbon herrschende Abkühlungstrend. Das durch den plattentektonischen Prozess der Variszischen Gebirgsbildung freigesetzte Kohlenstoffdioxid wurde aufgrund intensiver Verwitterungsvorgänge und vor allem durch die Biomasseproduktion der karbonischen Flora der Atmosphäre rasch wieder entzogen. Demzufolge sank die Kohlenstoffdioxid-Konzentration gegen Ende der Epoche erstmals in der Erdgeschichte unter 400 ppm und fiel wenig später am Beginn des Perms zeitweilig auf 300 ppm. Im Gegensatz dazu stieg der Sauerstoffgehalt auf das später nicht mehr erreichte Rekordlevel von 35 Prozent. Die hohe O₂-Konzentration ermöglichte das Größenwachstum verschiedener Gliederfüßer wie der Riesenlibelle Meganeura oder des Tausendfüßers Arthropleura, barg jedoch die Gefahr verheerender Waldbrände.

Die Entzündung und Ausbreitung eines Feuers erfordert einen ausreichenden Vorrat von Brennstoffen sowie die permanente Zufuhr von Sauerstoff, wobei sich das so genannte Feuerfenster ab einem Sauerstoffgehalt von 13 Prozent aufwärts öffnet. Im unteren Bereich des Feuerfensters entstanden Flächenbrände in der Erdgeschichte jedoch relativ selten und nur bei trockenem Pflanzenmaterial. Lag die Sauerstoffkonzentration zwischen 18 und 23 Prozent, ähnelten die Brandverläufe jenen unter den gegenwärtigen atmosphärischen Bedingungen. Bei mehr als 25 Prozent erfassten die Feuerfronten auch feuchtere Areale und traten bei Werten über 30 Prozent in allen Klimazonen weltweit auf. Bei einem Sauerstoffpegel um 35 Prozent verbrannte die Vegetation unabhängig von ihrem Wassergehalt. Die Flammenherde konnten in diesem Fall selbst durch Niederschläge nicht gestoppt werden und wurden lediglich durch natürliche Barrieren wie Gewässer, Gebirgsmassive oder Wüsten am weiteren Vordringen gehindert. Für das letztgenannte Szenario herrschten im Karbon nahezu ideale Voraussetzungen.

Vor 305 Millionen Jahren im Kasimovium kam es zum Zusammenbruch der in Äquatornähe angesiedelten Regenwälder (englisch Carboniferous Rainforest Collapse) und damit zum ersten pflanzlichen Massenaussterben. Die tropischen Wälder wurden vermutlich innerhalb weniger Jahrtausende bis auf einige Vegetationsinseln dezimiert, und ebenso verschwand die Mehrzahl der Feucht- und Sumpfgebiete. Vom Verlust dieser Lebensräume besonders betroffen waren die Amphibien, von denen die meisten Arten ausstarben. Welche Faktoren an dieser Umweltkrise mitwirkten, ist noch nicht hinreichend geklärt. Möglicherweise kumulierten verschiedene Rückkopplungen im Erdklimasystem zu einem „Tipping-Point“, bei dessen Erreichen der bis dahin stabile Gleichgewichtszustand kippte.

Eine dauerhafte und umfangreiche Kohlenstoffsenke für das der Atmosphäre entzogene CO₂ bildete sich während des Karbons in Form weltweiter Kohlelagerstätten. Das Auftreten der Weißfäule gegen Ende des Paläozoikums ist wahrscheinlich der Grund für das in der Folge geringere Kohlevorkommen. Im späten Karbon und während der Übergangsphase zum Perm entstanden neue Waldbiotope, die an ein kühleres und trockenes Klima mit jahreszeitlich bedingten Temperaturschwankungen angepasst waren. Ein prägnantes Beispiel für diesen Wandel ist die kälteresistente und relativ artenarme Glossopteris-Flora im südlichen Teil von Gondwana, die sich dort zum vorherrschenden Pflanzentypus entwickelte.

https://www.researchgate.net/publication/232392509_Assessing_geobiosphere_work_of_generating_global_reserves_of_coal_crude_oil_and_natural_gas Assessing geobiosphere work of generating global reserves of coal, crude oil, and natural gas Mark T. Brown, Gaetano Protano, Sergio Ulgiat Ecological Modelling 02/2011; 222(3):879-887 DOI: 10.1016/j.ecolmodel.2010.11.00

http://www.cell.com/cms/attachment/2058510194/2062037423/mmc2.pdf http://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982216304663

Unique Cellular Organization in the Oldest Root Meristem Alexander J. Hetherington, Joseph G. Dubrovsky, Liam Dolan DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2016.04.072 Current Biology

Wichtig ist dieser Fund auch deshalb, weil er aus einer für die Pflanzenwelt der Erde entscheidenden Phase stammt: Der Ära, in der sich die ersten tropischen Regenwälder mit riesenhaften Bäumen bildeten. Damals entwickelten sich erstmals Bäume von mehr als 50 Metern Höhe und entsprechend tiefreichenden, umfangreichen Wurzelsystemen.

Diese Evolution von tiefen Wurzeln löste indirekt einen der dramatischsten Klimaumschwünge der Erdgeschichte aus, wie Hetherington und seine Kollegen erklären. Denn als die Wurzeln in Grundgestein vordrangen, förderten sie die Rate der chemischen Verwitterung des Silikat-Gesteins. Durch diesen Prozess wurden große Mengen an Kohlendioxid aus der Atmosphäre im Boden gebunden, was zu einer starken Abkühlung des Klimas führte.

International Journal of Coal Geology https://www.researchgate.net/profile/Isabel_Montanez/publication/222512187_Cyclic_changes_in_Pennsylvanian_paleoclimate_and_effects_on_floristic_dynamics_in_tropical_Pangaea._J_Coal_Geol/links/0c96051589f98b8033000000.pdf Cyclic changes in Pennsylvanian paleoclimate and effects on floristic dynamics intropical Pangaea William A. DiMichele, C. Blaine Cecil, Isabel P. Montañez, Howard J. Falcon-Lang 329–344 August 210 vol 83 issue 2–3 doi: 10.1016/j.coal.2010.01.007

Perm

Der Superkontinent Pangaea im Unterperm vor ca. 280 Millionen Jahren

Flora und Fauna im Perm, Diorama im Royal Ontario Museum, Toronto

Im Unterperm kollidierte mit Sibiria die letzte „eigenständige“ Landmasse mit dem Superkontinent Pangaea. Nach diesem Zusammenschluss erstreckte sich Pangaea von der Nordpolarregion bis in die Antarktis und besaß einschließlich aller Schelfmeere eine Fläche von 138 Millionen km², wovon 73 Millionen km² auf die südliche Hemisphäre mit dem ehemaligen Großkontinent Gondwana entfielen. Kennzeichnend für Groß- und Superkontinente sind ein ausgeprägtes Kontinentalklima mit einer Jahres-Temperaturamplitude von bis zu 50 °C, ausgedehnte Trocken- und Wüstengebiete im Landesinneren sowie eine geringe Artenvielfalt im Faunenbereich. Im Hinblick auf Pangaea entstand zudem parallel zum Äquator zwischen 30° nördlicher und 30° südlicher Breite ein saisonal auftretender, sehr starker Monsun-Einfluss („Mega-Monsun“), von dessen Niederschlägen vor allem die Küstenregionen und deren Hinterland profitierten.

Die südlichen Kontinentalflächen von Gondwana beziehungsweise Pangaea befanden sich über einen Zeitraum von etwa 100 Millionen Jahren in der Antarktis oder in deren unmittelbarer Nähe und trugen durch ihre Lage wesentlich zur Entwicklung eines Eiszeitklimas bei. Im Mississippium vor 359 bis 318 Millionen Jahren vergletscherten das heutige südliche Afrika sowie große Teile Südamerikas. In der zweiten Vereisungsphase (im Pennsylvanium vor 318 bis 299 Millionen Jahren) wanderten die Kernzonen der Eisschilde auf die Kratone von Indien und Australien, ehe während des Dwyka-Glazials (bis vor 280 Millionen Jahren) das südliche Afrika (Namibia) erneut zum Zentrum einer Vereisung wurde. Die Permokarbone Eiszeit war das zweitlängste Eiszeitalter der Erdgeschichte. Es umfasste einen großen Teil des Karbons und endete im Verlauf des Perms vor etwa 265 bis 260 Millionen Jahren.

Über die gesamte Dauer des Perms berechnet betrug die globale Durchschnittstemperatur bei einem CO₂-Gehalt von 900 ppm etwa 16 °C. Diese Angaben vermitteln jedoch ein falsches Bild, da die klimasteuernden Faktoren extremen Schwankungen unterworfen waren. So fiel die Kohlenstoffdioxid-Konzentration kurz nach Beginn des Perms auf 300 ppm, stieg im Verlauf von wenigen Millionen Jahren auf über 2000 ppm, um dann wieder stark abzusinken. Analog zu den Klimazyklen innerhalb des herrschenden Eiszeitalters traten Fluktuationen der Globaltemperatur von mindestens 10 °C auf, und ebenso kam es zu einem mehrmaligen Wechsel arider (trockener) und humider (feuchter) Phasen. Aufgrund der im Vergleich zum Karbon dünner gewordenen Vegetationsbedeckung reduzierte sich der Sauerstoffgehalt auf 23 Prozent.

Mit dem Ausklingen der Permokarbonen Eiszeit zeichnete sich ein Erwärmungstrend ab, der jedoch von einer ökologischen Krise im Capitanium vor 262 Millionen Jahren gestoppt wurde. Die in der Forschung bereits länger bekannte Abnahme der Biodiversität in tropischen Gewässern war nach neueren Untersuchungen ein globales Ereignis, das in einem Massenaussterben gipfelte. Als Ursache wird ein umfangreicher Kohlenstoff- und Schwefeldioxid-Eintrag in die Ozeane mit Bildung anoxischer Zonen und starker Versauerung des Meerwassers angenommen. Ein Zusammenhang mit den zeitgleich auftretenden Flutbasalten des Emeishan-Trapp im heutigen Südchina gilt in der Wissenschaft als sehr wahrscheinlich. Diesem Ereignis schloss sich erneut eine längere Abkühlungsphase an.

An der Perm-Trias-Grenze vor 252 Millionen Jahren ereignete sich das größte bekannte Massenaussterben der Erdgeschichte. Als Hauptursache gelten großflächige vulkanische Aktivitäten mit erheblichen Ausgasungen im Gebiet des heutigen Sibirien (Sibirischer Trapp), die mehrere Hunderttausend Jahre andauerten und dabei sieben Millionen Quadratkilometer mit Basalt bedeckten (möglicherweise im Verbund mit umfangreichen Kohlebränden und weltweiten Ablagerungen von Flugasche). Bis zum Ende der Epoche starben über 90 Prozent aller Meeresbewohner und etwa 75 Prozent der Landlebewesen aus, darunter viele Insektenarten. Neben den Meerespflanzen wurde auch die Landvegetation so stark dezimiert, dass sich der Sauerstoffgehalt rasch auf 10 bis 15 Prozent verringerte.

Isotopenuntersuchungen liefern Hinweise darauf, dass in einer ersten Erwärmungsphase die Durchschnittstemperaturen infolge der zunehmenden Konzentration an vulkanischem Kohlenstoffdioxid um 5 °C innerhalb einiger Jahrtausende anstiegen. Gleichzeitig erwärmten sich in erheblichem Maße auch die Ozeane, was zur Bildung von sauerstofffreien Meereszonen, zu einem rapiden Absacken des pH-Werts sowie zur Freisetzung von Methanhydrat führte. Durch den zusätzlichen Methaneintrag in die Atmosphäre erhöhte sich in der nächsten Phase die Temperatur um weitere 5 °C, und die Treibhausgas-Konzentration erreichte einen CO₂-Äquivalentwert von mindestens 3000 ppm. Darüber hinaus postulieren mehrere Studien einen kurzfristig auftretenden galoppierenden Treibhauseffekt (englisch runaway greenhouse effect) auf der Basis eines Kohlenstoffdioxid-Levels von über 7000 ppm.

Eine weitere Ursache für den Zusammenbruch fast aller Ökosysteme könnte die Massenvermehrung von marinen Einzellern in sauerstoffarmen Milieus sein, die ihre Stoffwechselprodukte in Form von Halogenkohlenwasserstoffen und großen Mengen Schwefelwasserstoff (H₂S) in die Atmosphäre emittierten. Die Dauer der Perm-Trias-Krise wurde bis vor kurzem auf mehr als 200.000 Jahre veranschlagt, aktuellen Studien zufolge reduziert sich dieser Zeitraum auf zwei Kernbereiche, die jeweils 60.000 Jahre (± 48.000 Jahre) umfassten. Der letzte Aussterbeschub konnte mithilfe neuer Präzisionsmessungen in die unterste Trias vor 251,9 Millionen Jahren datiert werden.

Mesozoikum (Erdmittelalter)

❮	Ärathem	System	Serie	Alter (mya)
	später	später	später	jünger
❮	M e s o z o i k u m	Kreide	Oberkreide	66 ⬍ 100,5
			Unterkreide	100,5 ⬍ 145
		Jura	Oberjura	145 ⬍ 163,5
			Mitteljura	163,5 ⬍ 174,1
			Unterjura	174,1 ⬍ 201,3
		Trias	Obertrias	201,3 ⬍ 235
			Mitteltrias	235 ⬍ 247,2
			Untertrias	247,2 ⬍ 251,9
	früher	früher	früher	älter

Trias

Die biologischen, geophysikalischen und klimatischen Spätfolgen des Massenaussterbens an der Perm-Trias-Grenze reichten zum Teil bis in die Mittlere Trias. Während sich der Formenkreis der Ammoniten, Conodonten und Foraminiferen innerhalb von 1 bis 3 Millionen Jahren erholte, benötigten die meisten marinen Habitate wie Korallenriffe etwa 8 bis 10 Millionen Jahre zu ihrer Regeneration. Mitunter okkupierten einige robustere Arten unter massiver Vermehrung die verwaisten Lebensräume („Katastrophentaxa“), ehe sie daraus wieder verdrängt wurden.^{S. 126} Die schrittweise Erneuerung der durch extreme Erwärmung, Großbrände, sauren Regen und Sauerstoffverknappung geschädigten Biotope („Recovery Phase“) wurde mit Schwerpunkt in den chronostratigraphischen Unterstufen Smithium und Spathium durch weitere Aussterbe-Ereignisse mehrmals unterbrochen. Am deutlichsten wird dies an der verzögerten Ausbreitung der Wälder, die erst nach 15 Millionen Jahren wieder größere Areale umfassten. Ein das Vegetationswachstum hemmender Faktor war zudem eine quer durch Pangaea laufende aride Zone zwischen 50° nördlicher und 30° südlicher Breite, in der stellenweise Temperaturen von 35 bis 40 °C herrschten.

Die mittlere CO₂-Konzentration in der Trias lag im Bereich von 1500 ppm, und eine globale Durchschnittstemperatur von etwa 17 °C bedeutete weitgehend subtropische Verhältnisse. Vereisungsspuren sind aus dieser Zeit nicht bekannt. Korrespondierend mit dem anfänglichen Vegetationsdefizit betrug der Sauerstoffgehalt über die Dauer der Epoche kaum mehr als 16 Prozent, und auch in den Meeren herrschten besonders in der Unteren Trias vielerorts hypoxische (sauerstoffarme) Bedingungen. Im Laufe der Mittleren bis Oberen Trias entwickelten sich die ersten Dinosaurier, darunter auch größere Sauropoden, die anfangs fast ausschließlich die gemäßigteren Klimazonen nördlich und südlich des Äquators bevölkerten. In den Tropengebieten lebten hingegen überwiegend Reptilien, die nicht zur Gruppe der Dinosaurier gehörten. Paläontologische Untersuchungen ergaben, dass im Äquatorbereich vor 215 bis 205 Millionen Jahren regelmäßig Dürreperioden auftraten, oft im Verbund mit verheerenden Bränden. Eine üppige und stabile Vegetationsbedeckung als Lebensgrundlage großer Pflanzenfresser konnte sich daher nicht dauerhaft etablieren.

Umschlossen vom weltumspannenden Panthalassa-Ozean und der riesigen Meeresbucht der Neotethys im Osten Pangaeas änderte sich bis auf die Abspaltung einiger Terran-Gruppen am Erscheinungsbild des Superkontinents über Jahrmillionen nur wenig. Gegen Ende der Trias kündigte sich jedoch mit der allmählichen Öffnung des späteren Nordatlantiks ein geologisches Großereignis an. Entlang der Plattenränder des heutigen Nordamerikas und Europas entstanden ausgedehnte, bis nach Nordafrika reichende Riftsysteme mit ersten marinen Ingressionen. Aus dieser Entwicklung resultierte an der Trias-Jura-Grenze die Entstehung der 11 Millionen km² umfassenden Zentralatlantischen Magmatischen Provinz, deren Magmaausflüsse zu den ergiebigsten der bekannten Erdgeschichte zählen. Die Hauptphase des Flutbasalt-Vulkanismus dauerte ungefähr 600.000 Jahre und wies wahrscheinlich vier kurzzeitige Zyklen mit stark erhöhter Aktivität auf. Diese plattentektonischen Prozesse markierten den beginnenden Zerfall des Superkontinents. Sie hatten gravierende Folgen für Atmosphäre, Klima und Biosphäre und gelten allgemein als primäre Ursache für ein neuerliches Massenaussterben.

Jura

Entwicklungsstadien des Atlantischen Ozeans

Waldlandschaft des Jura mit einigen herbivoren Dinosauriern

Mehrere aktuelle Studien kommen zu dem Resultat, dass der Schwerpunkt des Massenaussterbens etwa 100.000 Jahre vor der eruptiven Flutbasaltphase des CAMP-Ereignisses anzusetzen sei. Laut diesen Analysen begann die Aktivität der Zentralatlantischen Magmatischen Provinz mit einem intrusiven Stadium. In dessen Verlauf strömten großen Mengen Magma in Evaporit- und Carbonatlagerstätten (mit zusätzlichen Anteilen von Kohlenwasserstoff) und bewirkten über Zeiträume von einigen tausend oder zehntausend Jahren durch Kontaktmetamorphose die Ausgasung von Kohlenstoffdioxid im fünfstelligen Gigatonnenbereich.

First multi-proxy record of Jurassic wild fires from Gondwana: Evidence from the Middle Jurassic of the Neuquén Basin, Argentina Leszek Marynowski, Andrew C. Scott, Michał Zatoń, Horacio Parent, Alberto C. Garrido Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Volume 299, Issues 1–2, 1 January 2011, Pages 129–136 http://www.fceia.unr.edu.ar/fisiografia/lpb/parent/Marynowski_etal_2011_Palaeo_3.pdf 10.1016/j.palaeo.2010.10.041

http://perso.ens-lyon.fr/vincent.balter/Articles/Brazier%28EPSL%2915.pdf Calcium isotope evidence for dramatic increase of continental weathering during the Toarcian oceanic anoxic event (Early Jurassic) Jean-Michel Brazier, Guillaume Suan, Théo Tacail, Laurent Simon, Jeremy E. Martin, Emanuela Mattioli, Vincent Balter Earth and Planetary Science Letters Volume 411, February 2015, Pages 164–17 doi:10.1016/j.epsl.2014.11.028

Magmatische Großprovinzen

https://www.annualreviews.org/doi/full/10.1146/annurev-earth-053018-060136

https://science.sciencemag.org/content/363/6429/866.abstract

Neuer Abschnitt Klima für den Artikel Kreide

Die 79 Millionen Jahren umfassende kreidezeitliche Periode gilt vielfach als archetypisches Beispiel eines permanenten Tropenklimas bis in höhere Breiten. Diese Sichtweise wird jedoch zunehmend in Frage gestellt, obwohl der Einfluss mancher Umweltfaktoren in einigen Fällen noch nicht hinreichend geklärt ist (zum Beispiel Paläotopographie der Kontinente, Meeresspiegelhöhe oder Methanfreisetzung). Dessen ungeachtet wird in der Wissenschaft zunehmend die Auffassung vertreten, dass die CO₂-Konzentration über die Gesamtdauer der Kreide zum Teil über- und im Hinblick auf ihre Schwankungsbreite unterschätzt wurde. Zwar kam es im Klimaoptimum der Oberen Kreide – möglicherweise unter Mitwirkung einer lang anhaltenden Superplume-Aktivität im Westpazifik – zur wahrscheinlich stärksten Treibhausphase des Phanerozoikums, dem gegenüber wird für die Unteren Kreide eine Reihe signifikanter Abkühlungsphasen postuliert. So könnte im Aptium (12,9 bis 126,3 mya) laut einer Untersuchung füt längere Zeit eine Meereisbedeckung der nordpolaren Regionen existiert haben. Eine 2019 veröffentlichte, breit angelegte geologische Auswertung südaustralischer Ablagerungen kommt ebenfalls zu dem Schluss, dass auf dem Kontinent im Verlauf der Unterkreide relativ umfangreiche Gletscherbildungen stattfanden. Dieses Urteil basiert auf dem Nachweis von Tilliten, Dropstones, Diamiktit und Glendonitkristallen, deren Entstehung zweifelsfrei auf glaziogenen Prozessen beruht.

Eine Besonderheit der Kreide war die Häufung von Ozeanischen anoxischen Ereignissen, wobei jenes an der Cenomanium-Turonium-Grenze (93,9 mya) globale Dimensionen erreichte und sich wahrscheinlich zur tiefgreifendsten Störung des Kohlenstoffkreislaufs der letzten 100 Millionen Jahre entwickelte. Während der anoxischen Umweltkrise, verknüpft mit einer Abkühlung von etwa 4 °C, wurden verschiedene Planktonarten und Riffbauer sowie die Klasse der Cephalopoden (darunter Ammoniten und Belemniten) stark dezimiert, und mit der Gattung Platypterygius starben die letzten Vertreter der Ichthyosaurier aus.

Die Nordbewegung der Indischen Platte

Nach dem Zerfall Pangaeas war auch der seit dem späten Neoproterozoikum existierende Großkontinent Gondwana zunehmenden Auflösungserscheinungen unterworfen, am deutlichsten erkennbar an der Öffnung des Südatlantiks mit der Trennung von Afrika und Südamerika. Der Indische Subkontinent, ursprünglich weit in der südlichen Hemisphäre gelegen und unmittelbar an Australien und Antarktika grenzend, spaltete sich ebenfalls ab und wanderte mit der für plattentektonische Prozesse hohen Geschwindigkeit von 20 cm pro Jahr in Richtung des eurasischen Festlands. Einer Theorie zufolge passierte die Indische Platte im Maastrichtium auf ihrem Weg nach Norden einen Manteldiapir beziehungsweise Hotspot. Daraus resultierte die Entstehung des Dekkan-Trapps, eine Magmatische Großprovinz mit einer damaligen Ausdehnung von 1,5 Millionen Quadratkilometern. Die vulkanischen Ausgasungen waren nicht nur für die kurzzeitigen Klimaschwankungen in der späten Kreide verantwortlich, sondern nach manchen Annahmen auch für das Massenaussterben an der Kreide-Paläogen-Grenze vor 66 Millionen Jahren.

In der neueren Fachliteratur überwiegt hingegen die durch umfangreiche Belege gut dokumentierte Ansicht, dass die Auslöschung der Dinosaurier sowie von 75 Prozent der übrigen Arten auf den Impakt eines etwa 14 km großen Asteroiden zurückgeht, der mit einer Energiefreisetzung von 3×10²³ Joule im heutigen Golf von Mexiko detonierte und den 180 km großen Chicxulub-Krater hinterließ. Durch die Wucht der Explosion wurden mehrere tausend Kubikkilometer Auswurfmassen bis in die Stratosphäre geschleudert, um anschließend als glühende Ejekta rund um den Erdball niederzugehen. Neben den Primärfolgen des Impakts wie Megatsunamis, einer überschallschnellen Druckwelle sowie Erdbeben der Stärke 11 oder 12 entstanden die Lufthülle stark erhitzende Großfeuer auf allen Kontinenten. Im nächsten Stadium legte sich innerhalb kurzer Zeit eine dichte Wolke aus Ruß- und Staubpartikeln um die Erde, die das Sonnenlicht über Monate oder Jahre hinweg absorbierte und einen globalen Temperatursturz auslöste, der vermutlich von einer Schicht Schwefelsäure-Aerosolen zusätzlich verstärkt wurde.

Die weltweite Umweltkrise erfasste alle ökologischen Nischen und traf in den Ozeanen vor allem die Ammoniten, die großen Meeresreptilien wie Plesio- oder Mosasaurier, fast alle kalkschalenbildenden Foraminiferen sowie verschiedene Planktongruppen. (→ Aussterbe- und Überlebensmuster am Beispiel des Chicxulub- Einschlags). Mit dieser Zäsur und dem Verschwinden der bis dahin dominierenden Arten endete zusammen mit der Kreide auch das Mesozoikum. Die verwaisten Lebensräume wurden in der frühen Erdneuzeit zum Schauplatz einer raschen Regenerationsphase mit einer Vielzahl neuer evolutionärer Entwicklungslinien.

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Seymour Island, ca. 64° südlicher Breite, Paläolatitude 65° Hier kombinieren wir veröffentlichte Extinktionsmuster mit einem neuen, geklumpten Isotopen-Temperaturrekord von einem hiatusfreien, erweiterten KPg-Grenzbereich aus der Insel Seymour, der Antarktis. Wir dokumentieren eine 7,8 ± 3,3 ° C Erwärmung synchron mit dem Beginn des Deccan Traps Vulkanismus und eine zweite, kleinere Erwärmung zum Zeitpunkt der Meteoritenschlag. Die Δ47-abgeleiteten Temperaturen für jede Spezies- und Schalenposition sind in Fig. 1a gezeigt. In Zeit ~ 5 ° C bis ~ 14 ° C zwischen 68,7 und 67,8 Ma. Nach ~ 1 Myr an anhaltend warmen (~ 9-12 ° C) Temperaturen tritt eine allmähliche Abkühlung auf ~ 4 ° C von 66,9 bis 66,25 Ma auf. Ungefähr 150 kyr vor der KPg-Grenze tritt eine deutliche Erwärmung von ~ 7,8 ± 3,3 ° C auf. Nach der anfänglichen Erwärmung tritt Temperaturen Rückgang bis zu einem zweiten geringeren Erwärmungsimpuls am KPB (1,1 ± 2,7 ° C), durch fortgesetzte Abnahme verfolgt, bis Vorereignis Niveaus erreicht werden ~200-400 kyr nach dem ersten Spike. Obwohl die zweite Erwärmung beim Vergleich des Horizonts gering ist, erreichen einzelne Proben Temperaturen nahe denen, die an der Spitze der früheren, größeren Erwärmungsspitze gesehen werden.

Die kältesten Temperaturen, die im Seymour Island Abschnitt (bei 68,8, 66,4 und 65,7 Ma) aufgezeichnet wurden, befinden sich nahe des Gefrierpunkts, was eine saisonale Meereisbildung im Umkreis von Seymour Island nahelegt. Mit Temperaturen nahe des Gefrierpunkts war die Landmasse von Antarktika wahrscheinlich kalt genug für die Existenz von Gletschern besonders in höheren Lagen. Die Rekonstruktion des globalen Meeresspiegels deutet auf zwei Temperaturmimima im späten Maastrichtian vor 68,8 und 66,4 Millionen Jahren hin. Die enge zeitliche Übereinstimmung zwischen der Meeresspiegelabsenkung und den antarktischen Kältephasen deutet darauf hin, dass die beobachteten Meeresspiegelschwankungen durch die teilweise Kontinentalvereisung von Antarktika verursacht wurde.

Die starke Erwärmung in dieser Region unmittelbar vor der Kreide-Paläogen-Grenze ist größer als die Temperaturzunahme an anderen marinen Standorten des Maastrichtiums. Wenn das meereis oder das kontinentale Eis während des kältesten Intervalls, das unmittelbar vor der wärmenden Spitze (66,5-66,3 Ma) liegt, vorhanden war, konnte das Verschwinden dieses Eises während der Erwärmung den lokalen Klimawandel auf der Seymour-Insel durch das Eis-Albedo-Feedback betonen.

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Das späte Maastrichtium, die letzte Stufe der Kreide, wies neben einer deutlichen Abkühlungstendenz mehrere kurzzeitige und stark ausgeprägte Klimaschwankungen auf, eventuell in Verbindung mit einer erheblichen Schadstoffbelastung der Atmosphäre. Als Grund hierfür gilt allgemein der lang anhaltende Flutbasalt-Vulkanismus des Dekkan-Trapp im heutigen Westindien, der offenbar für eine Reihe von Umweltschäden verantwortlich war. Demzufolge herrschte in der Wissenschaft über Jahrzehnte die Ansicht vor, scheinbar gestützt durch den Fossilbericht, dass sich viele Gattungen der mesozoischen Fauna lange vor ihrem endgültigen Verschwinden „auf dem absteigenden Ast“ befanden. Neuere Studien entwerfen hingegen ein differenziertes Bild der damaligen Ereignisse. Insgesamt liegen keine eindeutigen Beweise vor, dass Dinosaurier und andere Tiergruppen bereits vor dem drastischen Einschnitt an der Kreide-Paläogen-Grenze von einem langfristigen Rückgang betroffen waren. Dies scheint insbesondere für die Pterosauria (Flugsaurier) zu gelten, deren Artenvielfalt während der obersten Kreide stabil blieb und die bis zu ihrem schlagartigen Verschwinden möglicherweise eine Diversitätszunahme verzeichnen konnten. Somit deutet Vieles darauf hin, dass die biologische Krise am Ende des Mesozoikums hauptsächlich auf den Chicxulub-Einschlag zurückzuführen ist.

Die Zäsur vor 66 Millionen Jahren geschah rasch und selektiv und fand gleichzeitig auf allen Kontinenten statt. Das Chicxulub-Ereignis löste eine zeitlich gestaffelte weltweite Katastrophe aus, der alle Nichtvogel-Dinosaurier sowie ein großer Teil der übrigen Fauna zum Opfer fielen. Bereits in den ersten Minuten nach dem Einschlag kam es in größerem Umkreis des Epizentrums infolge einer überschallschnellen Druck- und Hitzewelle zu einem Massensterben. Weitere, sich unmittelbar anschließende Auswirkungen waren Megatsunamis und die Entstehung globaler Flächenbrände durch den weiträumig verteilten Auswurf glühender Gesteinstrümmer (Ejecta). Im nächsten Stadium bildete sich innerhalb weniger Tage eine die Erde umhüllende Staub- und Rußwolke, die das Sonnenlicht absorbierte, die pflanzliche Photosynthese weitgehend unterband und den Beginn eines rasch einsetzenden Impaktwinters markierte. Daraus resultierte eine starke Dezimierung der Landvegetation mit entsprechender Rückwirkung auf große Pflanzenfresser.

Känozoikum (Erdneuzeit)

Neogen (Beginn vor 23,03 Millionen Jahren)

Verteilung geologisch junger Faltengebirge in Europa und Asien

Das in die Serien Miozän und Pliozän untergliederte Neogen stand im Zeichen umfassender Gebirgsbildungen (→ Alpidische Orogenese). Nachdem der Indische Subkontinent bereits im Unteren Eozän mit der Eurasischen Platte kollidiert war, driftete der Kontinentalblock während des Miozäns weiter nach Norden und bewirkte dabei die bis in die Gegenwart anhaltende Auffaltung des Himalaya. Die Afrikanische Platte verlagerte sich ebenfalls nordwärts und löste neben einer fortschreitenden Schrumpfung der Tethys eine Welle von Auffaltungsprozessen mit dem Höhepunkt im Miozän aus (unter anderem Alpen, Karpaten und Apennin). Daneben war auch Nordamerika mit der Entstehung der Rocky Mountains der Schauplatz einer großflächigen Gebirgsbildung.

Nach dem Klimaoptimum des späteren Oligozäns kam es im zeitlichen Umkreis der Oligozän-Miozän-Grenze zu einer rund 2 Millionen Jahre währenden Phase kühlerer Temperaturen, verbunden mit einem Wachstum der antarktischen Eisbedeckung und entsprechender Absenkung des Meeresspiegels. Im weiteren Verlauf des Miozäns war das Klima starken Schwankungen unterworfen. Während des miozänen Klimaoptimums vor 17 bis 15 Millionen Jahren stieg der CO₂-Gehalt von 350/400 ppm auf Werte um 500 ppm. Im Zuge der weltweiten Erwärmung, die wahrscheinlich in direkter Verbindung mit den massiven CO₂-Emissionen des Columbia-Plateaubasalts stand, wurden die Wald-Habitate zurückgedrängt, und an ihre Stelle traten Steppen- und Graslandschaften. In dieser Zeit begann die Ausbreitung der an aride Bedingungen angepassten C₄-Pflanzen (vor allem Gräser), die für die Photosynthese erheblich weniger Kohlenstoffdioxid benötigen als C₃-Pflanzen, deren existenzgefährdende Untergrenze bei etwa 150 ppm liegt. Die im Oligozän beginnende Evolution des C₄-Stoffwechsels gilt als biochemische Anpassung an vermehrt auftretende Dürreperioden sowie als Reaktion auf den sinkenden CO₂-Gehalt im Neogen.

Gegen Ende des Klimaoptimums sank die CO₂-Konzentration vor 14,8 Millionen Jahren unter dem Einfluss starker Erosions- und Verwitterungsprozesse wieder auf 400 ppm,</ref> und mit einer abrupten Temperaturabsenkung von 7 °C in Mitteleuropa begann global eine kühlere Klimaphase mit einer erneuten Ausbreitung des antarktischen Eisschild. Dennoch lagen vor 14 bis 12,8 Millionen Jahren die Temperaturen in der Antarktis immer noch 25 °C bis 30 °C über dem gegenwärtigen Niveau, ehe die Region von einem Kälteeinbruch erfasst wurde. Im späten Miozän herrschte zur selben Zeit in großen Teilen Europas ein relativ mildes und trockenes Klima. Jedoch entwickelten sich in der Zeit vor 10,2 bis 9,8 Millionen Jahren und nochmals vor 9,0 bis 8,5 Millionen Jahren zwei „Waschküchen-Phasen“, in denen das Klima subtropischer und mit jährlichen Niederschlagsmengen von teilweise über 1500 mm deutlich feuchter wurde. Als Ursache werden vor allem weiträumige Verlagerungen ozeanischer Zirkulationsmuster im Bereich des Atlantiks vermutet.

In der ersten Hälfte des Pliozäns lag die Globaltemperatur ungefähr 2 bis 3 °C über dem vorindustriellen Niveau, mit einem um etwa 20 Meter höheren Meeresspiegel als gegenwärtig, und die CO₂-Konzentration fluktuierte im selben Zeitraum zwischen 365 und 415 ppm. Ein geologisch bedeutendes Ereignis mit noch nicht völlig geklärten klimatischen Folgen war das mehrmalige Austrocknen des Mittelmeers und dessen zeitweilige Umwandlung in eine Salzwüste (Messinische Salinitätskrise) an der Grenze zwischen Miozän und Pliozän vor 6 bis 5 Millionen Jahren.

Im späten Pliozän vor 3,2 Millionen Jahren kündigte sich mit einer allmählichen Abkühlung über mehrere hunderttausend Jahre das bevorstehende Quartäre Eiszeitalter an. Mit der Tendenz zu schneereichen Wintern und kühleren Sommermonaten begann die von der Eis-Albedo-Rückkopplung verstärkte Gletscherbildung auf der Nordhemisphäre.

Känozoikum

❮	Ärathem	System	Serie	Alter (mya)
❮	K ä n o z o i k u m	Quartär	Holozän	0 ⬍ 0,012
			Pleistozän	0,012 ⬍ 2,588
		Neogen	Pliozän	2,588 ⬍ 5,333
			Miozän	5,333 ⬍ 23,03
		Paläogen	Oligozän	23,03 ⬍ 33,9
			Eozän	33,9 ⬍ 56
			Paläozän	56 ⬍ 66
	früher	früher	früher	älter

Hingegen legen neuere Untersuchungen, basierend auf verschiedenen stratigraphischen und paläontologischen Analysen, die Vermutung nahe, dass das Steinheimer Becken ungefähr 500.000 Jahre nach dem Ries-Ereignis entstand.

Die zukünftige Reaktion des antarktischen Eisschildes auf steigende Temperaturen bleibt höchst ungewiss. Ein nützlicher Zeitraum für die Beurteilung der Empfindlichkeit der Antarktis gegenüber der Erwärmung ist das letzte Interglazial (129 bis 116 ky), in dem wärmere polare Temperaturen und ein höherer globaler mittlerer Meeresspiegel (+6 bis 9 m) im Vergleich zur Gegenwart herrschten. Der Meeresspiegel des LIG kann nicht vollständig durch das Schmelzen des Grönlandeises (∼2 m), die thermische Ausdehnung des Ozeans und das Abschmelzen der Gebirgsgletscher (∼1 m) erklärt werden, was darauf hindeutet, dass ein erheblicher antarktischer Massenverlust durch die Erwärmung des Wassers des Südlichen Ozeans eingeleitet wurde, die aus einer sich abschwächenden meridionalen Zirkulation des Atlantiks als Reaktion auf die Auffrischung der nordatlantischen Oberfläche resultiert.

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Während des Eozäns kam es auf der Basis eines Warmklimas zu einer Reihe von Abkühlungs- und Erwärmungsphasen wie dem Azolla-Ereignis. Diese Klimaschwankungen hatten aufgrund ihres raschen Verlaufs erhebliche Auswirkungen auf die Biodiversität und führten zu einem mehrmaligen Faunenwechsel. Der klimatisch schärfste Einschnitt ereignete sich an der Grenze zwischen Eozän und Oligozän mit dem Aussterbeerignis der Grande Coupure vor knapp 34 Millionen Jahren. Im Zuge einer gravierenden globalen Abkühlung begann die Vergletschung von Antarktika, die gleichzeitig den Beginn des Känozoischen Eiszeitalters markiert

Aktuelle und zukünftige Entwicklung

Neben einem weltweiten Stationsnetz sind mehrere Erdbeobachtungssatelliten in Betrieb oder in Planung, deren Aufgabe unter anderem darin besteht, Datensätze zu Treibhausgas-Konzentrationen, Strahlungshaushalt oder Veränderungen der Erdoberfläche zu übermitteln.

In den späten 1950er Jahren wurde erstmals nachgewiesen, dass der Kohlenstoffdioxidgehalt der Atmosphäre ansteigt. Auf Initiative von Roger Revelle startete Charles David Keeling 1958 auf dem Berg Mauna Loa (Hawaii, Big Island) regelmäßige Messungen des CO₂-Gehalts der Atmosphäre (Keeling-Kurve). Gilbert Plass nutzte 1956 erstmals Computer und erheblich genauere Absorptionsspektren des CO₂ zur Berechnung der zu erwartenden Erwärmung. Er erhielt 3,6 K (3,6 °C) als Wert für die Klimasensitivität.

Anthropozän

Letter | Published: 20 June 2016 Emerging impact of Greenland meltwater on deepwater formation in the North Atlantic Ocean Claus W. Böning, Erik Behrens, Arne Biastoch, Klaus Getzlaff & Jonathan L. Bamber Nature Geoscience volume 9, pages 523–527 (2016) http://atoc.colorado.edu/~whan/ATOC4800_5000/Materials/paper_Bonning.pdf

Aktuelle Links zur zeitnahen Weiterverarbeitung

Karnium, Obertrias (vor ca. 233 Millionen Jahren)

Lebendrekonstruktion des etwa 6 Meter großen „Giraffenhals-Sauriers“ Tanystropheus aus der Mittel- und Obertrias

Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Volume 556, 15 October 2020 Late Cretaceous–Paleogene palaeoclimate reconstruction of the Gippsland Basin, SE Australia Lian Jiang Wenjing Ding, Simon C. George 10.1016/j.palaeo.2020.109885

An astronomically dated record of Earth’s climate and its predictability over the last 66 million years Thomas Westerhold, Norbert Marwan, Anna Joy Drury, Diederik Liebrand, Claudia Agnini, Eleni Anagnostou, James S. K. Barnet, Steven M. Bohaty, David De Vleeschouwer, Fabio Florindo, Thomas Frederichs, David A. Hodell, Ann E. Holbourn, Dick Kroon, Vittoria Lauretano, Kate Littler, Lucas J. Lourens, Mitchell Lyle, Heiko Pälike, Ursula Röhl, Jun Tian, Roy H. Wilkens, Paul A. Wilson, James C. Zachos Science 11 Sep 2020: Vol. 369, Issue 6509, pp. 1383–1387 DOI: 10.1126/science.aba6853

Cretaceous Research 33 (2012) 42–49 Volume 33, Issue 1, February 2012 Early Cretaceous atmospheric pCO₂ levels recorded from pedogenic carbonates in China C. M. Huang, G. J. Retallack, C. S. Wang https://cpb-us-e1.wpmucdn.com/blogs.uoregon.edu/dist/d/3735/files/2013/07/creteaceousresearch2012-1r1y54b.pdf doi:10.1016/j.cretres.2011.08.001

Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology Volume 553, 1 September 2020, 109753 Pangea B and the Late Paleozoic Ice Age D. V. Kent, G. Muttoni 10.1016/j.palaeo.2020.109753

Ab 2014 erfolgte zunächst testweise der Einsatz einer neuen Generation von Argo-Bojen, konzipiert für Tauchtiefen von 4000 bis 6000 Meter. Die Aufgabe dieser sogenannten "Deep Argo"-Floats besteht darin, Temperatur und Strömungsmuster der Tiefseebereiche zu erfassen und insbesondere präzise Daten zum sich verändernden Wärmeinhalt der Ozeane zu übermitteln.

Wissenschaftliche Auswertung und Diskussion

Die Annahme einer Megadürre im Jahr 1540 wird vor allem durch mehr als 300 zeitgenössische Chroniken aus ganz Europa gestützt, die übereinstimmend die Auswirkungen einer lang anhaltenden Dürre und Hitze beschreiben, wie den Mangel an Niederschhlägen, den extrem niedrigen Pegel großer Flüsse, weiträumig auftretende Waldbrände, das Absinken des Grundwasserspiegels in Verbindung mit dem Austrocknen von Brunnen sowie die schwerwiegende Folgen für Landwirtschaft und Viehhaltung. Als besonders aufschlussreiche Quelle gelten hierbei die umfangreichen Aufzeichnungen des Rektors der Universität Krakau, Marcin Biem, dessen Wettertagebuch es erlaubt, die Niederschläge im Krakauer Raum für das Jahr 1540 statistisch zu rekonstruieren.

Weiteres

SANTA BARBARA BASIN SEDIMENT RECORD OF VOLCANIC WINTERS TRIGGERED BY TWO YELLOWSTONE SUPERVOLCANO ERUPTIONS AT 639 KA KENNETT, James

Holocene glacier fluctuations Olga N. Solomina, Raymond S. Bradley, Dominic A. Hodgson, Susan Ivy-Ochs, Vincent Jomelli, Andrew N. Mackintosh, Atle Nesje, Lewis A. Owen, Heinz Wanner, Gregory C. Wiles, Nicolas E. Young Quaternary Science Reviews Volume 111, March 2015, Pages 9–34 10.1016/j.quascirev.2014.11.018

http://www.ierm.ed.ac.uk/homes/ghegerl/KH2008.pdf The equilibrium sensitivity of the Earth’s temperature to radiation changes

http://www.pnas.org/content/110/34/13745.full The multimillennial sea-level commitment of global warming

http://onlinelibrary.wiley.com/doi/10.1029/2010PA002055/pdf Atmospheric CO2 decline during the Pliocene intensification of Northern Hemisphere glaciations

http://seananderson.ca/papers/Harnik_etal_2012_Extinctions_in_ancient_and_modern_seas.pdf

http://www.researchgate.net/profile/Elisabetta_Erba/publication/249546631_Volcanism_CO2_and_palaeoclimate_a_Late_Jurassic-Early_Cretaceous_carbon_and_oxygen_isotope_record/links/542045470cf203f155c42e3e.pdf

http://rci.rutgers.edu/~dvk/dvk_REPRINTS/Schaller+2011.pdf (Atmospheric PCO2 Perturbations Associated with the Central Atlantic Magmatic Province)

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http://www.researchgate.net/profile/J_Sinninghe-Damste/publication/252885879_Middle_Jurassic-Early_Cretaceous_high-latitude_sea-surface_temperatures_from_the_Southern_Ocean/links/54211fad0cf241a65a1e5cb1.pdf (Warm Middle Jurassic–Early Cretaceous high-latitude sea-surface temperatures from the Southern Ocean)

http://www.researchgate.net/profile/Neil_Tabor/publication/24233633_Climate_and_vegetational_regime_shifts_in_the_late_Paleozoic_ice_age_earth/links/0fcfd50c00b4714d3a000000.pdf

http://www.researchgate.net/profile/Erik_De_Boer/publication/272486443_A_deadly_cocktail_How_a_drought_around_4200_cal._yr_BP_caused_mass_mortality_events_at_the_infamous_dodo_swamp_in_Mauritius/links/54e5cc280cf277664ff1aa9c.pdf A deadly cocktail: How a drought around 4200 cal. yr BP caused mass mortality events at the infamous ‘dodo swamp’ in Mauritius

http://www.nature.com/nature/journal/v453/n7193/full/nature06949.html High-resolution carbon dioxide concentration record 650,000–800,000 years before present Dieter Lüthi, Martine Le Floch, Bernhard Bereiter, Thomas Blunier, Jean-Marc Barnola, Urs Siegenthaler, Dominique Raynaud, Jean Jouzel, Hubertus Fischer, Kenji Kawamura, Thomas F. Stocker Nature 453, 379–382 (15 May 2008) | doi:10.1038/nature06949

http://www.clim-past.net/7/381/2011/cp-7-381-2011.pdf Greenland ice sheet model parameters constrainedusing simulations of the Eemian Interglacial Climate of the Past 7, 381–396, April 2011 doi:10.5194/cp-7-381-2011 A. Robinson, R. Calov, A. Ganopolski

African humid periods triggered the reactivation of a large river system in Western Sahara http://www.nature.com/ncomms/2015/151110/ncomms9751/full/ncomms9751.html Im Westen der Sahara gab es einst ein gewaltiges Flusssystem. Dieser urzeitliche Strom mündete im heutigen Mauretanien in den Atlantik und umfasste ein Einzugsgebiet so groß wie das des Jangtsekiang. Noch vor weniger als 10.000 Jahren führte dieser Strom zuletzt Wasser. Nach Schätzungen önnte dieser Tamanrasset-Fluss einst Teil eines gewaltigen Flusssystems gewesen sein, das Wasser aus dem Ahaggar-Gebirge im Süden Algeriens und dem Atlasgebirge in Marokko und Tunesien aufnahm und in den Atlantik leitete.

http://iopscience.iop.org/article/10.1088/1748-9326/10/9/094015/meta;jsessionid=D66DB590B8E153FD07C328C616375E10.c1 The timing of anthropogenic emergence in simulated climate extremes Andrew D. King, Markus G. Donat, Erich M. Fischer, Ed Hawkins, Lisa V. Alexander, David J. Karoly, Andrea J. Dittus, Sophie C. Lewis, Sarah E Perkins September 2015, Environmental Research Letters, Volume 10, Number 9 doi: 10.1088/1748-9326/10/9/094015

http://jgs.geoscienceworld.org/content/early/2014/06/25/jgs2014-016.abstract Revised Wonoka isotopic anomaly in South Australia and Late Ediacaran mass extinction Gregory J. Retallack, André Marconato, Jeffery T. Osterhout, Kathryn E. Watts, Ilya N. Bindeman Juli 2014, doi: 10.1144/jgs2014-016 Journal of Geological Society, 171, S. 709-722

https://scholar.google.de/scholar?hl=de&q=Glacier+maxima+in+Baffin+Bay+during+the+Medieval+Warm+Period+coeval+with+Norse+settlement&btnG=&lr= Mittelalterliche Warmzeit auf Grönland

Geology doi: 10.1130/G32701.1 2012;40;107-110 Geology Oliver Friedrich, Richard D. Norris, Jochen Erbacher Evolution of middle to Late Cretaceous oceans – A 55 m.y. record of Earth's temperature and carbon cycle 2012 Geological Society of AmericaJanuary 31, 2012 geology.gsapubs.org February 2012; v. 40; no. 2; p. 107–110; doi:10.1130/G32701.1; 3

http://www.sciencemag.org/content/334/6061/1367.full Calibrating the End-Permian Mass Extinction

http://www.currentscience.ac.in/cs/Volumes/106/03/0387.pdf

http://www.researchgate.net/publication/259458003_Middle_Eocene_to_Late_Oligocene_Antarctic_GlaciationDeglaciation_and_Southern_Ocean_productivity

Isotopic evidence for biological nitrogen fixation by molybdenum-nitrogenase from 3.2 Gyr Eva E. Stüeken, Roger Buick, Bradley M. Guy, Matthew C. Koehler Nature Februar 2015 doi:10.1038/nature14180 http://www.nature.com/nature/journal/vaop/ncurrent/full/nature14180.html

http://www.nature.com/ngeo/journal/v6/n7/full/ngeo1850.html http://openearthsystems.org/data/readings/Cretaceous-modeling-papers/Cretaceous%20Climate-2/McAnenaetal.pdf Atlantic cooling associated with a marine biotic crisis during the mid-Cretaceous period A. McAnena, S. Flögel, P. Hofmann, J. O. Herrle, A. Griesand, J. Pross, H. M. Talbot, J. Rethemeyer, K. Wallmann, T. Wagner Nature Geoscience Volume 6, Issue 7, S. 558–561 (2013) doi:10.1038/ngeo1850

http://www.geosociety.org/gsatoday/archive/22/2/pdf/i1052-5173-22-2-4.pdf

http://geologie.univie.ac.at/fileadmin/user_upload/dep_geodyn_sedim/Wagreich/Wagreich.etal.oxic-anoxic.2010.SEDGEO.pdf