Neue Studie zeigt, dass der Vulkanismus vor 56 Millionen Jahren mehr Methan freigesetzt hat als angenommen

Vor etwa 55 Millionen Jahren entstand der Atlantische Ozean. Bis dahin waren Europa und Amerika verbunden. Als sich die Kontinente auseinander zu bewegen begannen, brach die Erdkruste zwischen ihnen auf und es wurden große Mengen Magma freigesetzt. Dieser Riftvulkanismus hat an mehreren Orten auf der Welt zur Bildung großer magmatischer Provinzen (LIPs) geführt.

Eine solche Lippe entstand zwischen Grönland und Europa und liegt heute mehrere Kilometer unter der Meeresoberfläche. Eine internationale Bohrkampagne unter der Leitung von Christian Berndt vom GEOMAR Helmholtz-Zentrum für Ozeanforschung in Kiel und Sverre Planke von der Universität Oslo in Norwegen hat umfangreiches Probenmaterial aus dem LIP gesammelt, das nun ausgewertet wurde.

In ihrer Studie, die heute, am 3. August, in der Zeitschrift veröffentlicht wurde Naturgeowissenschaftenkönnen die Forscher zeigen, dass hydrothermale Quellen in sehr geringen Tiefen oder sogar über dem Meeresspiegel aktiv waren, was dazu geführt hätte, dass viel größere Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangten als bisher angenommen.

„An der Paläozän-Eozän-Grenze ereigneten sich über einen Zeitraum von mehr als einer Million Jahren einige der stärksten Vulkanausbrüche der Erdgeschichte“, sagt Christian Berndt. Nach derzeitigem Kenntnisstand erwärmte dieser Vulkanismus das Weltklima um mindestens 5 °C und verursachte ein Massensterben – die letzte dramatische globale Erwärmung vor unserer Zeit, bekannt als Paläozän-Eozän-Thermalmaximum (PETM). Den Grund dafür konnten Geologen bisher nicht erklären, da die meisten modernen Vulkanausbrüche eine Abkühlung durch die Freisetzung von Aerosolen in die Stratosphäre bewirken.

Weitere Untersuchungen der großen magmatischen Provinz Karoo in Südafrika ergaben eine Fülle hydrothermaler Quellen, die mit magmatischen Intrusionen in das Sedimentbecken verbunden sind. Diese Beobachtung führte unter anderem zu der Hypothese, dass große Mengen der Treibhausgase Kohlendioxid und Methan durch hydrothermale Entlüftung in die Atmosphäre gelangt sein könnten.

„Als unsere norwegischen Kollegen Henrik Svensen und Sverre Planke 2004 ihre Ergebnisse veröffentlichten, wären wir am liebsten sofort losgefahren, um die Hypothese zu testen, indem wir die alten Schlotsysteme rund um den Nordatlantik erkundeten“, sagt Christian Berndt. Aber so einfach war es nicht. „Unser Vorschlag wurde vom Integrated Ocean Drilling Program (IODP) gut aufgenommen, wurde jedoch nie geplant, da dafür Riser-Bohrungen erforderlich waren, eine Technologie, die uns zu diesem Zeitpunkt nicht zur Verfügung stand.“

Im Verlauf der Forschung wurden hydrothermale Entlüftungssysteme entdeckt, die für steigleitungslose Bohrungen erreichbar waren. Daher wurde der Bohrvorschlag erneut eingereicht und die Expedition konnte schließlich im Herbst 2021 beginnen – 17 Jahre nach Einreichung des ersten Vorschlags.

Rund 30 Wissenschaftler aus 12 Nationen nahmen an der Forschungskreuzfahrt IODP (heute International Ocean Discovery Program) zum Vøring-Plateau vor der norwegischen Küste an Bord des wissenschaftlichen Bohrschiffs „JOIDES Resolution“ teil. Fünf der 20 Bohrlöcher wurden direkt in eine der Tausenden hydrothermalen Quellen gebohrt. Die gewonnenen Kerne können von Wissenschaftlern wie ein Tagebuch der Erdgeschichte gelesen werden. Die Ergebnisse waren überzeugend.

Die Autoren zeigen, dass der Schlot kurz vor dem paläozänen Eozän-Wärmemaximum aktiv war und dass der entstandene Krater in sehr kurzer Zeit gefüllt war, gerade als die globale Erwärmung begann. Völlig unerwartet zeigen ihre Daten auch, dass der Schlot in einer sehr geringen Wassertiefe von wahrscheinlich weniger als 100 Metern aktiv war. Dies hat weitreichende Folgen für die möglichen Auswirkungen auf das Klima.

Berndt erklärt: „Der Großteil des Methans, das heute aus aktiven Tiefsee-Hydrothermalquellen in die Wassersäule gelangt, wird schnell in Kohlendioxid umgewandelt, ein viel weniger wirksames Treibhausgas. Da sich die Quelle, die wir untersucht haben, in der Mitte des Grabenbruchs befindet, Dort, wo die Wassertiefe am größten sein sollte, gehen wir davon aus, dass auch andere Quellen in flachem Wasser oder sogar über dem Meeresspiegel lagen, was dazu geführt hätte, dass viel größere Mengen an Treibhausgasen in die Atmosphäre gelangt wären.“

Was die heutige Klimaerwärmung betrifft, lassen sich aus den Kernen einige interessante Schlussfolgerungen ziehen. Einerseits bestätigen sie nicht, dass die damalige globale Erwärmung durch die Auflösung von Gashydraten verursacht wurde – eine in den letzten Jahren viel diskutierte Gefahr. Andererseits zeigen sie, dass es viele Jahrtausende dauerte, bis sich das Klima wieder abkühlte. Das Erdsystem war also in der Lage, sich selbst zu regulieren, jedoch nicht in Zeitskalen, die für die heutige Klimakrise relevant sind.