Je höher die Konzentration in der Atmosphäre ist, desto mehr heizt sich die Erde auf: Kohlendioxid spielt seit jeher eine wichtige Rolle im irdischen Klimasystem. Durch das Zusammenspiel von Prozessen, die das Gas freisetzen oder binden, haben sich in der Erdgeschichte unterschiedliche stabile Konzentrationen des Treibhausgases in der Erdatmosphäre eingestellt. In diesen Phasen herrschten jeweils konstante Klimabedingungen, an die sich die Lebewesen anpassen konnten. Durch die intensive Freisetzung fossiler Kohlenstoffvorräte hat sich momentan allerdings der Mensch stark in den irdischen Kohlenstoffkreislauf eingemischt und damit für einen Erwärmungstrend gesorgt, der die irdische Lebenswelt bedroht.
In der Erdgeschichte war es dagegen intensiver Vulkanismus, der das atmosphärische Gleichgewicht immer wieder stark verändert hat: Man geht davon aus, dass im Rahmen bestimmter geologischer Entwicklungen gewaltige Eruptionen so viel CO₂ aus dem Erdinneren in die Atmosphäre freigesetzt haben, dass sich die Klimabedingungen auf der Erde für viele Lebewesen zu schnell wandelten – sie starben aus. Das markanteste Beispiel dafür ist das Massenaussterben am Ende des Perm-Zeitalters vor 252 Millionen Jahren. Es wird mit gewaltigen Vulkanausbrüchen in Sibirien in Verbindung gebracht, bei denen große Mengen CO₂ freigesetzt wurden.
Verzögerter Erholung auf der Spur
Doch dabei gab es bisher ein Rätsel: Selbst nach dem Ende der Eruptionen dauerte es fast fünf Millionen Jahre, bis sich das globale Klima wieder stabilisierte. Dies ließ vermuten, dass das natürliche Regulationssystem der Erde während und nach diesem Massenaussterben überraschend lange für eine Normalisierung der Werte gebraucht hat. „Uns ist aufgefallen, dass ein ähnliches Muster auch bei mehreren anderen Ereignissen in der Erdgeschichte mit massivem Vulkanismus aufgetreten ist. Deshalb haben wir uns auf die Suche nach den Ursachen gemacht“, sagt Erst-Autor Benjamin Black von der Rutgers University in New Brunswick.
Dabei gingen die Forschenden dem Verdacht nach, dass der Vulkanismus noch lange nach großen Eruptionen für intensive CO₂-Freisetzungen gesorgt hat. Sie erfassten dazu Informationen über die Merkmale von Gesteinen, die auf einstigen Megavulkanismus zurückzuführen sind. Vor allem basieren ihre Ergebnisse aber auf Modellierungen: Sie entwickelten Computersimulationen, die magmatische Prozesse im Zusammenhang mit den intensiven Vulkanismus-Ereignissen der Erdgeschichte beleuchten. In ihre Auswertungen flossen zudem Hinweise auf klimatische Bedingungen der Vergangenheit ein, die sich in Merkmalen von Sedimentgesteinen widerspiegeln.
Hinweise auf Langzeitfreisetzungen
Wie das Team berichtet, legen die Ergebnisse nun nahe, dass die großflächigen Vulkanprovinzen tatsächlich nur langsam ihre Wirkung verloren: An der Oberfläche mögen die Eruptionen dabei zum Stillstand gekommen sein, doch im Untergrund setzte Magma noch weiterhin große Mengen Kohlendioxid frei, geht aus den Modellierungen hervor. Das Gas strömte dann über Spalten bis an die Oberfläche und sorgte für anhaltend hohe Kohlendioxidwerte in der Atmosphäre mit entsprechendem Treibhauseffekt. „Wir nennen dieses CO₂ aus dem unterirdischen Magma kryptischen Kohlenstoff’“, sagt Black. „Denn wir zeigen eine verborgene Quelle von CO₂ in der Atmosphäre während der Momente in der Erdgeschichte auf, in denen sich das Klima abrupt erwärmt hat und viel länger warm blieb, als es zu erwarten wäre“, so der Wissenschaftler.
