Dunkle Sporen verraten Großbrände vor 201 Millionen Jahren
Fossile Sporen, Holzkohle und Rauchmoleküle zeigen: Während des Trias-Massenaussterbens kam es zu einer langen Phase heftiger Brände.
Künstlerische Darstellung der Phase des Farnbooms am Ende der Trias. Unkrautfarn und Pionierfarn überwuchern die gestörten Böden und die Überreste von Nadelwäldern.
Foto: Mark Garlick
Vor 201 Millionen Jahren gerieten die Ökosysteme der Erde aus dem Gleichgewicht. Wälder brachen zusammen, Farne breiteten sich aus – und weite Teile des heutigen Nordwesteuropas brannten offenbar immer wieder. Die Spuren dieser Feuer fanden Forschende nicht nur in Holzkohle und chemischen Rückständen. Auch fossile Pollen und Sporen wurden durch die Hitze dauerhaft dunkel gefärbt.
Ein internationales Forschungsteam unter Leitung der Universität Utrecht hat diese Farbveränderungen systematisch ausgewertet. Rund 15.000 Messungen an fossilen Mikropartikeln zeigen eine auffällige „dunkle Zone“, die genau mit dem Massenaussterben am Ende der Trias zusammenfällt. Die Ergebnisse sind in der Fachzeitschrift „Nature Geoscience“ erschienen.
Die Studie liefert damit nicht nur neue Hinweise auf großflächige Brände. Sie beschreibt auch einen möglichen Rückkopplungseffekt: Die Feuer förderten die Ausbreitung von Farnen – und die Farnlandschaften lieferten wiederum den Brennstoff für weitere Brände.
Inhaltsverzeichnis
Vulkanismus brachte das Klima aus dem Gleichgewicht
Das Massenaussterben an der Grenze zwischen Trias und Jura zählt zu den fünf großen biologischen Krisen der Erdgeschichte. Auslöser war nach heutigem Forschungsstand der Vulkanismus in der Zentralatlantischen Magmatischen Provinz, kurz CAMP.
Die gewaltigen Eruptionen standen mit dem Zerbrechen des Superkontinents Pangäa in Verbindung. Über mehrere Phasen gelangten große Mengen Kohlendioxid und weitere vulkanische Stoffe in die Atmosphäre. Modellrechnungen und geochemische Daten sprechen für einen starken Anstieg der CO₂-Konzentration und eine globale Erwärmung um mehrere Grad. Die Hauptphase des Vulkanismus dauerte vermutlich rund 400.000 Jahre.
Die Folgen trafen Meere und Landflächen. In den Ozeanen breiteten sich sauerstoffarme Zonen aus. An Land litten Pflanzen unter Hitze, veränderten Niederschlagsmustern, Schadstoffen und beschleunigter Bodenerosion. Viele der zuvor von Nadelbäumen geprägten Wälder verschwanden. An ihre Stelle traten Pflanzen, die gestörte Flächen besonders schnell besiedeln konnten: Farne.
Vier Bohrkerne zeigen dasselbe Muster
Für ihre Untersuchung analysierten die Forschenden Sedimente aus vier Bohrkernen in Deutschland, Dänemark, Luxemburg und Großbritannien. Dazu gehörte ein neu gewonnener, rund 640 m langer Bohrkern aus Großbritannien.
Die Ablagerungen decken den Zeitraum vor, während und nach dem Massenaussterben ab. In ihnen finden sich mikroskopisch kleine Pollen und Sporen, die über Millionen Jahre erhalten blieben.
Normalerweise verändert sich deren Farbe vor allem durch die Versenkung im Untergrund. Je tiefer Sedimente begraben werden, desto stärker wirken Druck und Temperatur auf das organische Material. Pollen und Sporen werden dadurch mit zunehmender Tiefe dunkler. Geologen nutzen diesen Effekt unter anderem, um den thermischen Reifegrad von Sedimenten zu beurteilen.
In den vier Bohrkernen zeigte sich jedoch das Gegenteil des erwarteten Verlaufs: Die ältesten und am tiefsten liegenden Pollen und Sporen waren vergleichsweise hell. Erst im Abschnitt des Massenaussterbens wurden sie plötzlich dunkelbraun. In jüngeren Ablagerungen nahm ihre Helligkeit wieder zu.
Eine normale Erwärmung während der Versenkung konnte dieses Muster nicht erklären. Die vier untersuchten Sedimentbecken hatten zudem sehr unterschiedliche geologische Entwicklungen durchlaufen. Trotzdem trat die dunkle Zone überall zur gleichen Zeit auf.
RGB-Werte machen fossile Hitzespuren messbar
Um die Farbveränderungen objektiv zu erfassen, verwendete das Team den sogenannten Palynomorph Darkness Index, kurz PDI. Palynomorphe sind mikroskopisch kleine organische Fossilien, zu denen unter anderem Pollen und Sporen gehören.
Eine Kamera am Lichtmikroskop erfasste ihre Rot-, Grün- und Blauwerte. Aus diesen RGB-Daten berechneten die Forschenden einen mittleren Grauwert. Auf diese Weise ließen sich tausende Fossilien aus unterschiedlichen Proben und Bohrkernen miteinander vergleichen.
Der Index selbst ist nicht völlig neu. Er wurde ursprünglich entwickelt, um die thermische Reife organischen Materials zu bestimmen. Neu ist seine Anwendung als Indikator für Feuer an der Erdoberfläche.
Kontrollierte Versuche mit heutigen Bärlappsporen stützen diese Interpretation. Beim Erhitzen wurden die Sporen zunehmend dunkler, verloren Masse und schrumpften. Aus ihrer Färbung lässt sich allerdings keine exakte Temperatur der urzeitlichen Feuer ableiten. Die Laborbedingungen bilden einen natürlichen Flächenbrand nur vereinfacht ab.
Drei Spuren weisen auf intensive Brände hin
Die dunklen Pollen und Sporen allein wären noch kein eindeutiger Beleg. Deshalb verglich das Team den Farbindex mit zwei weiteren Brandindikatoren.
In den gleichen Sedimentschichten fanden die Forschenden erhöhte Mengen mikroskopisch kleiner Holzkohlepartikel. Hinzu kamen polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe, kurz PAHs. Bestimmte Vertreter dieser Stoffgruppe entstehen bei der unvollständigen Verbrennung von Biomasse und können über Rauch und Bodenerosion in Gewässer gelangen.
Alle drei Messreihen erreichten ihre höchsten Werte innerhalb desselben Zeitraums:
- Die Pollen und Sporen wurden besonders dunkel.
- Der Anteil von Mikrokohle nahm zu.
- Die Konzentration brandtypischer PAHs stieg.
Gleichzeitig veränderte sich die Vegetation. Baumpollen gingen stark zurück, während Farnsporen die Proben dominierten. Diese als „fern spike“ bezeichnete Zunahme gilt als typisches Signal für den Zusammenbruch eines Waldökosystems. Der veröffentlichte Datensatz umfasst die zusammengeführten Farb-, Holzkohle-, Molekül- und Vegetationsdaten aus den untersuchten Sedimentfolgen.
Farne machten die Landschaft leichter entflammbar
Farne können gestörte und entwaldete Böden schnell besiedeln. Einige Arten überstehen Feuer mithilfe unterirdischer Rhizome. Während ihre oberirdischen Pflanzenteile verbrennen, treiben sie anschließend erneut aus. Langsamer wachsende Bäume geraten dadurch ins Hintertreffen.
Genau diese Eigenschaft könnte am Ende der Trias einen problematischen Kreislauf ausgelöst haben. Nach Waldverlusten, Hitzeperioden und Bodenerosion breiteten sich Farne über große Flächen aus. Trockneten ihre Wedel ab, entstanden dichte Matten aus leicht brennbarem Pflanzenmaterial.
Einige hochwachsende Arten könnten zusätzlich als „Feuerleitern“ gewirkt haben. Sie ermöglichten es den Flammen, vom Boden in höher gelegene Pflanzenteile überzugreifen. Nach einem Brand kehrten die Farne schnell zurück und stellten neuen Brennstoff bereit.
Die Pflanzen waren damit nicht der ursprüngliche Auslöser der Krise. Sie könnten aber dazu beigetragen haben, einen einmal entstandenen Feuerzustand aufrechtzuerhalten. Das Team schätzt, dass die Phase mit besonders vielen Farnen zwischen etwa 40.000 und möglicherweise 300.000 Jahren dauerte.
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