Kosmischer Staub entschlüsselt das Klima von vor 240 Millionen Jahren

Fossile Mikrometeoriten liefern wertvolle Hinweise auf die Atmosphäre früherer Erdzeitalter. Forschende analysieren dabei das Verhältnis von Sauerstoff- und Eisenisotopen in winzigen Metallkügelchen, die beim Eintritt in die Erdatmosphäre entstanden. Selbst veränderte Proben enthalten oft noch auswertbare Informationen. Die Methode eröffnet neue Möglichkeiten für die Klimaforschung – auch in weit zurückliegenden Zeitaltern.

Sternschnuppen mit Geheimauftrag

Was für uns als flüchtige Sternschnuppe durch den Nachthimmel zischt, kann für die Wissenschaft ein Schatz sein. Wenn kleine Teilchen aus dem Weltall in unsere Atmosphäre eintreten, verglühen sie oft – manche schaffen es aber bis zur Erdoberfläche. Dort hinterlassen sie winzige Metallkügelchen, kaum sichtbar mit bloßem Auge. Genau diese Spuren haben Forschende nun genutzt, um Millionen Jahre in die Vergangenheit zu blicken.

Diese sogenannten Mikrometeoriten stammen aus der Frühzeit des Sonnensystems. Wenn sie durch die Luft rasen, erhitzen sie sich stark. Dabei schmilzt das Eisen in ihnen und verbindet sich mit dem Sauerstoff der Atmosphäre. Das Ergebnis: winzige Kugeln aus Eisenoxid – gewissermaßen eingefrorene Momentaufnahmen der damaligen Luft.

Archiv der Atmosphäre

Was auf den ersten Blick wie Staub wirkt, ist in Wahrheit ein natürliches Archiv. Denn der Sauerstoff in den Mikrometeoriten kommt ausschließlich aus der Luft, durch die sie damals flogen. Und genau das macht sie für die Klimaforschung so spannend: Wer den Sauerstoff genau untersucht, kann Rückschlüsse ziehen – etwa darauf, wie viel CO₂ in der Atmosphäre war, als der Mikrometeorit zur Erde fiel.

Ein Forschungsteam um Dr. Fabian Zahnow von der Universität Göttingen hat sich diese Eigenschaft zunutze gemacht. Gemeinsam mit Kolleg*innen aus Deutschland, Italien und Großbritannien analysierten sie mehr als 100 dieser Kügelchen aus Gesteinsschichten verschiedener Erdzeitalter – vom Silur über die Kreidezeit bis in die jüngere Erdgeschichte.

Sauerstoff als Klimazeuge

Besonders wichtig war dabei das Verhältnis der Sauerstoff-Isotope – also leicht unterschiedliche Varianten des Sauerstoffatoms. Dieses Verhältnis verändert sich je nachdem, wie viel CO₂ in der Luft ist und wie aktiv Pflanzen damals über Photosynthese Sauerstoff produziert haben. So wird aus einer winzigen Kugel aus Eisenoxid ein direkter Hinweis auf das Klima vor Millionen Jahren.

Vier der untersuchten Proben waren besonders gut erhalten – ohne Spuren von späteren Veränderungen durch Wasser, Boden oder Gestein. Und genau aus diesen unversehrten Kügelchen konnten die Forschenden den damaligen CO₂-Gehalt ziemlich genau berechnen.

Das Ergebnis: Vor etwa 87 Millionen Jahren, in der späten Kreidezeit, lag der CO₂-Wert bei etwa 230 ppm (parts per million). Im oberen Miozän, also vor rund 8,5 Millionen Jahren, waren es etwa 294 ppm. Diese Werte passen gut zu bisherigen Schätzungen – sind aber unabhängig davon ermittelt worden. Ein wichtiger Schritt, um unser Bild vom früheren Klima zu bestätigen oder zu verfeinern.

Auch veränderte Kügelchen erzählen Geschichten

Nicht alle Mikrometeoriten bleiben im Originalzustand erhalten. Etwa 80 % der untersuchten Partikel zeigten Veränderungen. Sie lagen Millionen Jahre lang im Gestein und nahmen dabei zum Beispiel Mangan aus dem Boden auf. Manche Eisen-Isotope wurden durch chemische Prozesse ausgetauscht. Auf den ersten Blick wirken solche Proben unbrauchbar.

Doch das Forschungsteam konnte zeigen: Selbst veränderte Kügelchen bewahren oft noch einen Teil ihres ursprünglichen Sauerstoffsignals. Wenn man genau weiß, wie stark die Veränderungen sind, lassen sich die Daten trotzdem nutzen – wenn auch mit etwas größerer Unsicherheit.

Das ist besonders hilfreich für Zeiträume, in denen es kaum andere verlässliche Klimazeugen gibt. Denn biologische Spuren wie Pollen, Blätter oder Sedimente sind nicht immer verfügbar – oder sie liefern widersprüchliche Ergebnisse. Mikrometeoriten bieten hier eine neue Möglichkeit, die unabhängig von lebenden Organismen funktioniert.

Präzise Analysen mit winzigen Mengen

Die Messungen, die das Team durchgeführt hat, sind beeindruckend präzise – obwohl nur extrem kleine Proben zur Verfügung standen. Bereits ein Mikrogramm – also ein Millionstel Gramm – reichte aus, um die Sauerstoff- und Eisen-Isotope zu analysieren. Die Unsicherheiten lagen dabei je nach Probe bei ±180 bis ±370 ppm CO₂. Das ist vergleichbar mit anderen gängigen Methoden.

Und es gibt weiteres Potenzial: Wenn Forschende zehn unversehrte Kügelchen aus demselben Zeitabschnitt finden, könnten sie die Genauigkeit noch deutlich steigern – auf unter ±50 ppm. Besonders gut erhalten bleiben die Partikel übrigens in karbonatreichen Gesteinen. Diese schützen die empfindlichen Kügelchen besser vor späteren chemischen Veränderungen.

Was die Forschung daraus lernen kann

Die neue Methode eröffnet neue Wege in der Klimaforschung. Denn mit Mikrometeoriten können Sie nicht nur das Klima vergangener Jahrmillionen rekonstruieren – sondern auch unabhängig prüfen, ob bisherige Modelle stimmen. Je mehr Zeiträume und Proben untersucht werden, desto besser lässt sich das Klima der Erdgeschichte einordnen.

Zudem sind Mikrometeoriten langlebig. Es gibt gut erhaltene Exemplare, die bis zu 2,7 Milliarden Jahre alt sind. In Zukunft könnten Forschende also auch die Frühzeit der Erde näher beleuchten – eine Zeit, für die es bisher kaum verlässliche Klimadaten gibt.

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