Extinktionen haben eine wichtige Rolle in der Geschichte des Lebens gespielt, indem sie Nischen ausgeräumt und adaptive Strahlungen gefördert haben. Große Massensterben, an denen 70% bis mehr als 90% der vorhandenen Arten beteiligt waren, traten in den letzten 540 Millionen Jahren mindestens fünfmal auf. Die Entdeckung von Alvarez et al. (1) dass das Massensterben in der Endkreide (65 Mya) mit Beweisen für den Einschlag eines Asteroiden oder Kometen ∼10 km Durchmesser zusammenfiel, konzentrierte das Interesse an den Ursachen der anderen Massensterben. Es wurde erwartet, dass Hinweise auf ähnliche Auswirkungen bei anderen Massensterbereignissen gefunden werden könnten. Solche Beweise kamen jedoch nur langsam (2). Gleichzeitig wurden episodische massive kontinentale Flutbasaltausbrüche als eine weitere mögliche Ursache für das Massensterben vorgeschlagen (3, 4). Dieser Zusammenhang wird durch eine Studie von Whiteside et al. (5) dies belegt, dass der Ausbruch der magmatischen Basalte der zentralatlantischen Provinz (CAMP) mit einem erhaltenen Volumen von mehr als 1 × 106 km3 und einer Fläche von mehr als 7 × 106 km2 mit dem Aussterben der Endtrias (ETE) (201,4 Mya) an Land und in den Ozeanen zusammenfiel.
Der Bericht von Whiteside et al. (5) präsentiert Kohlenstoffisotopenergebnisse aus Blattwachs-n-Alkanen, Holz und organischem Gesamtkohlenstoff aus zwei nichtmarinen Abschnitten aus den Becken Newark und Hartford im Osten der Vereinigten Staaten, zu denen die CAMP-Basalte gehören und die durch magnetische Umkehrungen, Orbitalzyklen und Pollenstudien stark eingeschränkt sind. Die Korrelation nutzt die Niveaus der ETE und der koinzidenten Kohlenstoffisotopenexkursion und der Hettangian-Sinemurian-Grenze 1.8 Mya später, was die CAMP-Episode bestätigt. Die Abschnitte werden mit hoher Genauigkeit (20 ky) kalibriert. Diese Daten werden mit orbital erzwungenen Kohlenstoffisotopendaten aus der Marine St. Audrie’s Bay, UK, abgeglichen, was zeigt, dass die scharfe anfängliche negative Kohlenstoffisotopenverschiebung und der Extinktionshorizont in marinen und nichtmarinen Abschnitten synchron sind. Die ältesten Lagerbasalte im Newark- und Hartford-Becken datieren leicht nach dem Extinktionshorizont (um ∼ 20 ky), aber in ähnlichen Lagerabschnitten können die Basalte gleichzeitig mit dem Extinktionshorizont sein (6, 7).
Da genaues radiometrisches Alter verfügbar geworden ist, wurde festgestellt, dass Hochwasser-Basalt-Episoden kurz und schwerwiegend sind (mit einer Spitzenleistung von mehr als 1 Million Kubikkilometern über weniger als 1 Million Jahre in den meisten Fällen) (4). Zwei weitere große Massensterben wurden mit Flutbasaltepisoden korreliert: das Endkreide-Ereignis (65 Mya) mit den Deccan-Basalten Indiens und das Endperm-Ereignis (251 Mya) mit den sibirischen Basalten. Es ist jedoch bekannt, dass die Deccan-Eruptionen vor dem Massensterben / Einschlag der Endkreide begonnen haben, und die sibirischen Flüsse korrelieren immer noch nur grob mit dem Absterben des Endperms (4).
Hochwasser-Basalt-Episoden können Hauptursachen für klimatische und biologische Veränderungen sein.
Geringere Extinktionen und paläoklimatische Ereignisse korrelieren mit den 55-Mya nordatlantischen Basalten (mit dem Paläozän-Eozän thermischen Maximum oder PETM) und den 183-Mya Karoo Basalten (mit einem frühen Jurassic Warming and extinction event). Um eine Ursache-Wirkungs-Beziehung zu bestimmen, Was wir jetzt brauchen, sind eng eingeschränkte stratigraphische Studien ähnlich denen von Whiteside et al. (5) verknüpfung der Lavaströme mit den Aufzeichnungen über das Aussterben und andere Umweltstörungen in marinen und nichtmarinen Abschnitten.
Ursachen des Aussterbens
Was ist der Mechanismus, der das Aussterben verursacht? Klimatische Abkühlung durch vulkanische Aerosole in der oberen Atmosphäre wurde vorgeschlagen, ebenso wie Erwärmung durch magmatische Kohlendioxidemissionen. Die magmatischen Emissionen von CAMP-Kohlendioxid waren jedoch wahrscheinlich zu gering, um das Klima stark beeinflusst zu haben, und die langfristige Abkühlung durch Aerosole ist sehr ungewiss (8). Die anfänglichen negativen δ13C-Isotopenexkursionen in den Abschnitten Newark, Hartford und St. Audrie’s Bay deuten auf einen massiven Eintrag von 13C-abgereichertem Methan hin, der mit dem Einsetzen von CAMP zusammenfällt, und die Dauer der anfänglichen Kohlenstoffisotopenexkursion wird auf nur 20-40 ky geschätzt. Ein Kohlendioxid-Supergewächshaus wird durch paläobotanische Studien (10) und Hinweise auf eine Krise unter Kalkorganismen in den Ozeanen (11) gestützt.
Die wahrscheinlichste Quelle für Treibhausgase ist die schnelle Freisetzung von Reaktionen zwischen magmatischen Intrusionen, die die Flüsse begleiten, und umgebenden Sedimenten. Zum Beispiel Svensen et al. (12) schlugen vor, dass die PETM und die damit verbundene negative Kohlenstoffisotopenexkursion aus der explosiven Freisetzung von 13C-abgereichertem Methan durch Eindringen gleichzeitiger basaltischer Sill-Komplexe in organisch reiche Sedimente resultierten. Eine weitere Unterstützung für diese Idee ergibt sich aus dem Vorhandensein ungewöhnlicher magmatischer Gesteine, die durch Schmelzen von Sedimenten in Kontakt mit den nordatlantischen Intrusionen entstehen (13). In jüngerer Zeit wurde ein ähnliches Modell für die Freisetzung von Treibhausgasen aus dem Ausbruch der sibirischen und Karoo-Basalte vorgeschlagen, bei denen Intrusionen von Rohren aus stark gebrochenem Gestein begleitet werden, die auf eine explosive Freisetzung thermogener Gase aus den intrudierten Sedimenten hinweisen (14, 15).
Katastrophen
Was auch immer die letztendliche Ursache für das Aussterben und die klimatischen Störungen sein mag, die Ergebnisse von Whiteside et al. (5) eine überzeugende Verbindung zwischen der ETE und den CAMP-Basalten herstellen. Die Erkenntnis, dass katastrophale Ereignisse wie große Einschläge oder Flutbasaltepisoden Hauptursachen für klimatische und biologische Veränderungen sein können, stellt einen tiefgreifenden Wandel in den Geowissenschaften dar. James Hutton (1726-1797) soll die tiefe Zeit entdeckt haben — die fast unvorstellbare Länge der geologischen Zeit — und Charles Lyell (1797-1875) interpretierte die tiefe Zeit als die Idee, dass die direkt beobachtbaren langsamen und stetigen geologischen Prozesse, die über die langen Zeitalter wirken, große geologische und biologische Veränderungen erklären könnten. Im Gegensatz dazu neigen Naturereignisse verschiedener Art in der realen Welt dazu, einer inversen Potenzbeziehung zwischen der Frequenz F und der Größe M zu folgen, so dass F = 1 / MD ist, wobei D positiv ist (siehe beispielsweise refs. 16, 17). Daher treten Ereignisse kleiner Größenordnung (z. B. Erdbeben, Vulkanausbrüche, Einschläge) tendenziell viel häufiger auf als potenziell katastrophale Ereignisse großer Größenordnung. Die Gründe sind variabel, aber im Allgemeinen besteht eine probabilistische Beziehung zwischen der Größe und Häufigkeit von Ereignissen.
Daher muss der Begriff der tiefen Zeit die Tatsache berücksichtigen, dass die Ereignisse mit der größten Größe sehr selten auftreten sollten; Tatsächlich könnten zwischen den größten Ereignissen Dutzende bis Hunderte Millionen Jahre vergehen. Die Bedeutung der tiefen Zeit ist, dass, obwohl wir extrem große Ereignisse nur sehr selten erwarten, die lange geologische Zeitskala praktisch garantiert, dass potenzielle Katastrophen wie Großkörpereinschläge und Hochwasserbasaltvulkanismus von Zeit zu Zeit auftreten werden (vielleicht ziemlich „oft“ im Vergleich zur Länge der geologischen Zeit), und die Ergebnisse dieser sehr energetischen Ereignisse sollten ein wichtiger Aspekt der geologischen und biologischen Aufzeichnungen sein.
Fußnoten
- 1E-Mail: mrr1{at}nyu.edu .
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Autorenbeiträge: M.R.R. schrieb das Papier.
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Der Autor erklärt keinen Interessenkonflikt.
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Siehe Begleitartikel auf Seite 6721.