Von der Forschung lange übersehen
Erst in den letzten Jahren ist klar geworden, welche enorme Bedeutung der Schwefelkreislauf für die Erde hat. “Dieser Zyklus wurde von der Wissenschaft lange übersehen”, sagt Ulrich Wortmann. Der Geowissenschaftler von der kanadischen University of Toronto vermutet, dass sich einige bislang rätselhafte Entwicklungen in der Erdgeschichte durch Schwankungen des Schwefelzyklus erklären lassen – etwa die globale Abkühlung während der letzten 50 Millionen Jahre. Veränderungen des Schwefelhaushalts, nimmt Wortmann an, wirken sich stark auf die Chemie in den Ozeanen und auf die marine Ökologie aus und könnten so langfristige Klimatrends erklären.
Seine Bedeutung verdankt das Element, das im Periodensystem zusammen mit Sauerstoff, Selen und Tellur der Gruppe der Chalkogene (“Kalkbildner”) zugeordnet wird, seiner chemischen Vielseitigkeit. Ähnlich wie Kohlenstoff wird auch Schwefel ständig zwischen verschiedenen Reservoirs in den Ozeanen, der Erdkruste und der Biosphäre ausgetauscht, dabei chemisch verändert und neu verwertet. Dreh- und Angelpunkt des Schwefelzyklus ist das Meer. Vor allem die Erosion von schwefelhaltigem Gestein und vulkanische Emissionen beliefern die Ozeane mit Sulfat, einer oxidierten Verbindung mit vier Sauerstoff-Atomen. Es ist das Lebenselixier für bestimmte Mikroben. Durch den Appetit der Einzeller entsteht letztlich das Eisenmineral Pyrit, das im Meeresboden Jahrmillionen stabil bleibt. Die Pyrit-Bildung ist der wichtigste Prozess, der dem Kreislauf Schwefel entzieht.
Erstaunlich wankelmütig
Normalerweise sind Zu- und Abflüsse mehr oder weniger ausgeglichen. „Doch im Unterschied zum Kreislauf des Kohlenstoffs sind sie beim Schwefelkreislauf recht klein im Vergleich zum Reservoir. Deshalb dauert es lange, bis sich etwas verändert”, erläutert Ulrich Wortmann. Wegen dieser Schwerfälligkeit galt der Schwefelzyklus bis vor Kurzem als uninteressant. Doch nun wird allmählich klar, dass die Menge des im Meer gelösten Sulfats nicht unveränderlich ist, sondern in geologisch kurzen Zeiträumen erstaunlich stark variieren kann. Wortmann und seine Kollegin Adina Paytan von der University of California in Santa Cruz fanden heraus, dass sich der Sulfat-Gehalt der Ozeane vor etwa 120 Millionen Jahren um die Hälfte verringerte, dann lange Zeit auf einem recht niedrigen Niveau verharrte und vor gut 55 Millionen Jahren in kurzer Zeit plötzlich auf mehr als das Fünffache stieg.
Wahrscheinlich stecken hinter diesen rätselhaften Sprüngen tektonische Ereignisse. Vor 120 Millionen Jahren zerbrach der Kontinent Gondwana – der Südatlantik öffnete sich. In dem entstehenden Becken bildeten sich gewaltige Salzablagerungen, die man heute noch im Meeresboden vor den Kontinentalrändern Westafrikas und Südamerikas findet. Dabei entstand auch Gips (Kalziumsulfat), wodurch große Mengen Sulfat aus dem Kreislauf verschwanden. Vor 55 Millionen Jahren kollidierte Indien dann mit Eurasien. Dieser kontinentale Zusammenstoß hob vermutlich alte Salzlagerstätten in einem Gürtel zwischen Oman und Pakistan aus der Tiefe an die Oberfläche. Dort erodierten sie, sodass der Sulfat-Gehalt im Meer wieder anschwoll.
