Untersuchen, was die Dinosaurier im Detail getötet hat

Die Bestimmung, was die Dinosaurier vor 66 Millionen Jahren am Ende der Kreidezeit getötet hat, ist seit langem Gegenstand von Debatten, da Wissenschaftler herausfinden wollten, was die fünf Massensterben verursachte, die das Leben auf dem Planeten Erde in einem geologischen Augenblick veränderten.

Einige Wissenschaftler argumentieren, dass Kometen oder Asteroiden, die auf die Erde stürzten, die wahrscheinlichsten Ursachen für Massenvernichtung waren, während andere argumentieren, dass große Vulkanausbrüche die Ursache waren. Eine neue, von Dartmouth geleitete Studie, die im veröffentlicht wurde Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) berichtet, dass die vulkanische Aktivität der Hauptgrund für das Massensterben gewesen zu sein scheint.

Die Ergebnisse liefern bisher den überzeugendsten quantitativen Beweis dafür, dass der Zusammenhang zwischen großen Vulkanausbrüchen und dem Massenumsatz von Arten nicht einfach eine Frage des Zufalls ist.

Vier der fünf Massenaussterben erfolgen zeitgleich mit einer Art Vulkanausbruch, der als Flutbasalt bezeichnet wird, sagen die Forscher. Diese Eruptionen überschwemmen weite Gebiete – sogar einen ganzen Kontinent – ​​mit Lava im geologischen Wimpernschlag von nur einer Million Jahren. Als Beweis hinterlassen sie riesige Fingerabdrücke – ausgedehnte Regionen aus stufenartigem, magmatischem Gestein (verfestigt durch die ausgebrochene Lava), die Geologen „große magmatische Provinzen“ nennen.

Um als „groß“ zu gelten, muss eine große magmatische Provinz mindestens 100.000 Kubikkilometer Magma enthalten. Zum Kontext: Beim Ausbruch des Mount St. Helens im Jahr 1980 war weniger als ein Kubikkilometer Magma beteiligt. Die Forscher sagen, dass die meisten der in der Studie dargestellten Vulkane in der Größenordnung von einer Million Mal mehr Lava ausbrachen.

Das Team stützte sich auf drei etablierte Datensätze zu geologischer Zeitskala, Paläobiologie und großen magmatischen Provinzen, um den zeitlichen Zusammenhang zwischen Massensterben und großen magmatischen Provinzen zu untersuchen.

„Die großen stufenartigen Bereiche aus magmatischem Gestein dieser großen Vulkanausbrüche scheinen sich zeitlich mit Massensterben und anderen bedeutenden Klima- und Umweltereignissen abzustimmen“, sagt Hauptautor Theodore Green, der diese Forschung im Rahmen des Senior Fellowship-Programms durchführte in Dartmouth und ist jetzt ein Doktorand in Princeton.

Tatsächlich löste eine Reihe von Eruptionen im heutigen Sibirien vor etwa 252 Millionen Jahren das zerstörerischste Massensterben aus, das einen gigantischen Kohlendioxidstoß in die Atmosphäre freisetzte und fast alles Leben erstickte. Zeuge sind die Sibirischen Fallen, eine große Region aus Vulkangestein, die ungefähr so ​​groß ist wie Australien.

Vulkanausbrüche erschütterten auch den indischen Subkontinent um die Zeit des großen Dinosauriersterbens und schufen das, was heute als Deccan-Plateau bekannt ist. Dies hätte, ähnlich wie der Asteroideneinschlag, weitreichende globale Auswirkungen gehabt, die Atmosphäre mit Staub und giftigen Dämpfen bedeckt, Dinosaurier und anderes Leben erstickt und das Klima auf lange Zeiträume verändert.

Andererseits, sagen die Forscher, hängen die Theorien zugunsten der Vernichtung durch Asteroideneinschlag vom Chicxulub-Impaktor ab, einem Weltraumfelsen, der ungefähr zur gleichen Zeit, als die Dinosaurier ausstarben, auf der mexikanischen Halbinsel Yucatan abstürzte.

„Alle anderen Theorien, die zu erklären versuchten, was die Dinosaurier tötete, einschließlich des Vulkanismus, wurden überrollt, als der Einschlagskrater von Chicxulub entdeckt wurde“, sagt Co-Autor Brenhin Keller, Assistenzprofessor für Geowissenschaften in Dartmouth. Aber es gibt trotz jahrzehntelanger Erkundung nur sehr wenige Hinweise auf ähnliche Einschlagsereignisse, die mit den anderen Massensterben zusammenfallen, betont er.

In Dartmouth machte sich Green daran, einen Weg zu finden, um die offensichtliche Verbindung zwischen Eruptionen und Aussterben zu quantifizieren und zu testen, ob das Zusammentreffen nur Zufall war oder ob es Hinweise auf einen kausalen Zusammenhang zwischen den beiden gab. In Zusammenarbeit mit Keller und Co-Autor Paul Renne, Professor-in-Residence für Erd- und Planetenwissenschaften an der University of California, Berkeley und Direktor des Berkeley Geochronology Center, rekrutierte Green die Supercomputer des Dartmouth Discovery Cluster, um die Zahlen zu knacken.

Die Forscher verglichen die besten verfügbaren Schätzungen von Flutbasaltausbrüchen mit Perioden drastischen Artensterbens in der geologischen Zeitskala, einschließlich, aber nicht beschränkt auf die fünf Massensterben. Um zu beweisen, dass das Timing mehr als ein Zufall war, untersuchten sie, ob die Eruptionen genauso gut mit einem zufällig generierten Muster übereinstimmen würden, und wiederholten die Übung mit 100 Millionen solcher Muster. Sie fanden heraus, dass die Übereinstimmung mit Aussterbezeiten weitaus größer war als der Zufall.

„Während es schwierig ist festzustellen, ob ein bestimmter Vulkanausbruch ein bestimmtes Massensterben verursacht hat, machen es unsere Ergebnisse schwierig, die Rolle des Vulkanismus beim Aussterben zu ignorieren“, sagt Keller. Wenn ein kausaler Zusammenhang zwischen vulkanischen Flutbasalten und Massenaussterben gefunden würde, erwarten Wissenschaftler, dass größere Eruptionen schwerwiegendere Auslöschungen nach sich ziehen würden, aber eine solche Korrelation wurde nicht beobachtet.

Anstatt das absolute Ausmaß der Eruptionen zu berücksichtigen, ordnete das Forschungsteam die vulkanischen Ereignisse nach der Geschwindigkeit, mit der sie Lava ausspuckten. Sie fanden heraus, dass die vulkanischen Ereignisse mit den höchsten Eruptionsraten tatsächlich die meisten Zerstörungen verursachten und schwerwiegendere Auslöschungen bis hin zu Massensterben hervorriefen.

„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass es aller Wahrscheinlichkeit nach ein Massensterben an der Kreide-Tertiär-Grenze von beträchtlicher Größenordnung gegeben hätte, unabhängig davon, ob es einen Einfluss gab oder nicht, was jetzt quantitativer gezeigt werden kann“, sagt Renne. „Die Tatsache, dass es einen Aufprall gab, hat die Sache zweifellos noch verschlimmert.“

Die Forscher führten auch die Zahlen für Asteroiden durch. Das Zusammentreffen von Auswirkungen mit Perioden des Artenwechsels war deutlich schwächer und verschlechterte sich dramatisch, wenn der Chicxulub-Impaktor nicht berücksichtigt wurde, was darauf hindeutet, dass andere kleinere bekannte Impaktoren keine signifikanten Aussterben verursachten.

Die Eruptionsrate der Deccan-Fallen in Indien deutet darauf hin, dass die Bühne für ein weit verbreitetes Aussterben auch ohne den Asteroiden bereitet war, sagt Green. Der Aufprall war der doppelte Schlag, der lautstark die Totenglocke für die Dinosaurier läutete, fügt er hinzu.

Flutbasaltausbrüche sind in den geologischen Aufzeichnungen nicht üblich, sagt Green. Der letzte von vergleichbarem, aber deutlich kleinerem Maßstab ereignete sich vor etwa 16 Millionen Jahren im pazifischen Nordwesten.

„Während die Gesamtmenge an Kohlendioxid, die beim modernen Klimawandel in die Atmosphäre freigesetzt wird, immer noch sehr viel geringer ist als die Menge, die von einer großen Vulkanprovinz emittiert wird, emittieren wir glücklicherweise sehr schnell“, sagt Keller, „und das ist ein Grund besorgt sein.“ Green sagt, dass die Kohlendioxidemissionen der Rate der von ihnen untersuchten umweltschädlichen Flutbasalte unangenehm ähnlich sind. Das stelle den Klimawandel in den Rahmen historischer Umweltkatastrophen, sagt er.