Zurück in die Zukunft – Jülicher Geologen knacken Gedächtnis der Gesteine

Ein 250 Meter tiefes Bohrloch in der Südosttürkei ermöglicht den Geologen des Forschungszentrums Jülich zurzeit einen Blick 410 Millionen Jahre zurück in die Vergangenheit. Die Wissenschaftler wollen wissen, wie sich die Umweltbedingungen im Silur- und Devon- Zeitalter veränderten, als Pflanzen die Kontinente besiedelten. Welche erdgeschichtlichen Ereignisse beeinflussten den Landgang der Pflanzen und wie schnell verbreiteten sie sich? Wie haben die Pflanzen den Kohlendioxid-Gehalt der Atmosphäre verändert? Sind solche ökologischen Zusammenhänge, die erst langfristig Wirkung zeigen, verstanden, können die Forscher deren Bedeutung für die Zukunft einschätzen. Von den Sedimentbohrkernen aus der Türkei erhoffen sich die Wissenschaftler viel versprechende Ergebnisse, denn das darin enthaltene organische Material ist außergewöhnlich gut erhalten.

An den einzelnen Schichten der Sedimentbohrkerne können Forscher ablesen, wie Landschaften ausgesehen haben, als Pflanzen, Insekten oder Amphibien an Land drängten. „Ein Massenauftreten, aber auch das Verschwinden von Tieren und Pflanzen, hängt meist eng mit bestimmten Umweltbedingungen zusammen, die sich in den Sedimentgesteinen der Erdkruste widerspiegeln“, erklärt Dr. Ulrich Mann, Leiter der Arbeitsgruppe Organische Geochemie am Institut Sedimentäre Systeme (ICG V). „Wir wollen verstehen, wie in ehemaligen Ökosystemen geologische Prozesse, beispielsweise Kalkablagerungen, an biologische Prozesse gekoppelt sind.“

Bei einer ähnlichen Sedimentbohrung in Tschechien, in der Nähe von Prag, fand der Geologe Oliver Kranendonck, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Ulrich Mann, Schichten von Kalkgestein mit fossilen Muscheln und Seelilien, die auf eine Überflutung des Festlandes durch einen Anstieg des Meeresspiegels hindeuten. In der Folge können weit verbreitete nährstoffreiche Flachwasserregionen entstanden sein. „Bei entsprechend warmen Temperaturen sind diese Gebiete Quellen des Lebens“ so der Wissenschaftler. „Wenn geologische Entwicklungen dieser Art auf der ganzen Welt aufgetreten sind, können sie durchaus einen Evolutionsschub bewirkt haben, der auch die explosionsartige Weiterentwicklung der Landpflanzen unterstützte.“ Als Bestätigung seiner Überlegungen fand die Arbeitsgruppe genau in den Sedimentschichten mit der stärksten Überflutung nicht nur eine Vielzahl von Algen, sondern regelrechte Algenblüten.

Wie lange dauerte es, bis die Pflanzen die Kontinente besiedelten? Lehrbücher sprechen von einer gewaltigen Zeitspanne von bis zu 50 Millionen Jahren. Geologe Ulrich Herten, ebenfalls Doktorand im Team, nahm den Kohlenstoff-Kreislauf an der Grenze des Silur- und Devon- Zeitalters genauer unter die Lupe. Kohlenstoffatome liegen in der Natur in unterschiedlichen Formen – stabilen Isotopen – vor, die sich nur durch die Masse ihres Kerns voneinander unterscheiden. Pflanzen nehmen in ihrem Stoffwechsel bevorzugt den leichten Kohlenstoff 12C auf, um daraus Zucker zur Biomasseproduktion zu bilden. Ulrich Herten untersuchte das Verhältnis der Kohlenstoffisotope 12C/ 13C in den verschiedenen Schichten der Bohrkerne und stellte fest, dass sich zum Zeitpunkt der Pflanzenbesiedlung auf der Erde das Ver-hältnis zu Gunsten von 13C erheblich verschoben hatte. Grundsätzlich verwundert das nicht, da die anwesenden Pflanzen nun vermehrt 12C in Form von Kohlendioxid aufnahmen und somit der Atmosphäre entzogen. Erstaunt waren die Jülicher Forscher jedoch, wie schlagartig diese starke Verschiebung stattfand. Gerade an der Grenze des Silur- und Devon- Zeitalters scheinen sich die Pflanzen schneller über die Kontinente verbreitet zu haben als bisher angenommen.

Von den Bohrkernen, die nun frisch aus der Südosttürkei eingetroffen sind, erwarten die Jülicher Geologen weitere spannende Ergebnisse. In diesen Sedimenten ist das organische Material, beispielsweise Algen oder andere Mikrofossilien, besonders gut konserviert, da die Sedimentschichten nicht durch Gebirgsbildung und Auflagerungen zusammengedrückt und in die Tiefe gepresst wurden. Hier herrschen höhere Temperaturen, welche die biochemischen Informationen und somit das Gedächtnis der Gesteine zerstört hätten. Die Ergebnisse werden den Geologen bei der Beantwortung der Fragen helfen, inwieweit sich zur Zeit der Pflanzenbesiedelung die Umweltbedingungen weltweit veränderten.

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