Das Klima in den Knochen

Warme Temperaturen in der Zeit der Dinosaurier im nordwestchinesischen Junggar-Becken

Wörtlich übersetzt heißt Dinosaurier „schreckliche Echse“. Doch ihren Schrecken haben die imposanten Reptilien längst verloren, nur fossile Knochenreste zeugen noch von ihrer Existenz in der Zeit der mittleren Trias vor rund 230 Millionen Jahren und ihrem Aussterben zum Ende der Kreidezeit, vor etwa 65 Millionen Jahren. Für die Forschung sind die Überreste hochinteressant: die Knochen dienen zur Rekonstruktion des anatomischen Baus der Tiere, und ihre Feinstruktur lässt Aussagen zum damaligen Klima zu. Besonders reiche Funde tierischer und pflanzlicher Überreste aus vergangenen Erdzeitaltern bietet das Junggar-Becken im Nordwesten Chinas. Teilweise sind hier die Sedimentschichten 16 Kilometer dick. Das Gebiet zwischen Kasachstan im Westen und der Mongolei im Osten ist zugleich auch wirtschaftlich interessant, da dort größere Vorkommen von Erdöl und Erdgas lagern. Das Junggar-Becken wird in einem interdisziplinären Projekt von Tübinger Geowissenschaftlern, dem Paläontologen Prof. Hans-Ulrich Pfretzschner und dem Paläoklimaforscher Prof. Volker Mosbrugger, in Zusammenarbeit mit chinesischen Forschern untersucht. Einige Fundstücke werden im Tübinger Museum für Geologie und Paläontologie ausgestellt (siehe unten).

Für klimatische Forschungen erweist sich eine weitere Besonderheit des Junggar-Beckens als Vorteil: „In den letzten 230 Millionen Jahren sind viele Gebiete wie das heutige Deutschland, ganz Europa, durch die Kontinentalwanderung stark verschoben worden. Dagegen ist das Junggar-Becken weit gehend auf der gleichen geographischen Breite geblieben“, erklärt Mosbrugger. Für die Forscher bedeutet dies, dass Klimaänderungen, die sich nachweisen lassen, Änderungen im Weltklima dieser Zeit widerspiegeln. Angesichts des jetzt vorhergesagten Treibhausklimas haben die Tübinger Geowissenschaftler ein Erdzeitalter vor 230 bis 150 Millionen Jahren gewählt, in dem es wärmer war als heute. „Damals existierten keine größeren Eiskappen auf der Erde und die Kohlendioxidwerte waren rund fünffach so hoch wie heute“, so Mosbrugger. Er will wissen, wie damals das Klima und die Ökosysteme funktionierten. „Das Ende der Nahrungskette bildeten meistens Amphibien und Reptilien. Heute dominieren die Blütenpflanzen die Vegetation der Erde, früher waren es bestimmte Nadelgehölze und Palmfarne“, vergleicht der Klimaforscher

Pfretzschner hat mit seiner Arbeitsgruppe vor allem westlich bei Urumqi und am Ostrand des Junggar-Beckens gegraben. „Wir suchen nicht unbedingt nach einem großen Dinosaurier, sondern wollen anhand der winzigen Überreste möglichst viel von der Fauna dieser Zeit kennen lernen“, erklärt der Paläontologe. Dazu wird der Boden gesiebt, die Überreste der Organismen präpariert und bestimmt. Bei der mühevollen Suche fanden die Forscher Zähne von Raubdinosauriern, Knochen von Amphibien und vor allem Bauch- und Rückenpanzer sowie Schädel vieler Schildkröten. „Die Schildkröten haben sich im Jura in zwei Gruppen aufgespalten, wir können hier einen wesentlichen Schritt in der Evolution verfolgen“, sagt Pfretzschner. Der sensationellste Fund sind Zähne von frühen Säugern, die sehr selten sind. „Eine Fundstelle gilt als ‚reich‘, wenn in einer Tonne Gestein ein Zahn gefunden wird. Hier im Junggar-Becken entdeckten wir in zwei Eimern Gestein fünf Zähne.“ Bei der Tiergruppe handelt es sich um einen Seitenzweig der Säuger, die Shuotherien, die erst seit 1993 bekannt sind. „Dieser Zweig ist ausgestorben, er hat sich nicht zu den heutigen Säugetieren weiterentwickelt“, erläutert Pfretzschner.

An einer Fundstelle im Junggar-Becken, nördlich des Ortes Qitai, wurden neben Saurierknochen auch Jahrmillionen alte Hölzer gefunden. „Das Holz wurde durch Kieselsäure imprägniert und ist dann wie in Quarz gegossen“, beschreibt Pfretzschner. Bis zu 23 Meter lang sind einzelne Stämme. An Stammquerschnitten lassen sich wie bei heutigen Bäumen Jahresringe unterscheiden. „Bei unseren Bäumen werden beim Dickenwachstum im Frühjahr große Zellen gebildet, weil viel Wasser transportiert werden muss. Im Lauf des Jahres bis zum Herbst werden die Ringe schmaler, dann folgt durch tiefere Temperaturen eine Winterruhe“, sagt der Paläontologe. Die Stammquerschnitte aus dem Junggar-Becken zeigten, dass die Vegetationsperioden jeweils schnell abbrachen und Ruhepausen eingelegt wurden. „Im Junggar-Becken hätte man zur Zeit der Dinosaurier keine kalten Winter erwartet, schließlich ist der Breitengrad vergleichbar mit der heutigen Lage von Südspanien“, erklärt Pfretzschner, „daher passt das Muster gut zu einem Monsunklima wie im heutigen Klima Indiens mit warmen, feuchten Sommern und trockenen, kalten Wintern.“

Ähnliche Beobachtungen hat der Paläontologe an der Struktur der 150 Millionen Jahre alten Dinosaurierknochen aus dem Oberjura gemacht: Sie wiesen regelmäßige Wachstumszyklen mit Pausen auf. „Normalerweise wachsen Dinosaurier relativ schnell, wie heutige Huftiere“, sagt Pfretzschner. Solche Wachstumspausen sind weltweit nur in einem weiteren Fall bei einem australischen Theropoden gefunden worden. Der lebte südlich vom Polarkreis, in polarer Dunkelheit, das könnte zu den wiederkehrenden Wachstumspausen geführt haben. „Bei dem chinesischen Fundstück sind die sieben bis acht Wachstumspausen, vermutlich auf ein saisonales Monsunklima zurückzuführen“, erklärt der Forscher. Einen solchen Dinosaurierknochen mit Wachstumspausen hat ein Mitarbeiter Pfretzschners in sehr dünne Scheiben geschnitten und darin geochemisch die Anteile von normalem und schwerem Sauerstoff bestimmt. Das Element Sauerstoff tritt in unterschiedlich schweren Formen auf, die abhängig von Temperatur und Feuchtigkeit in unterschiedlichen Anteilen beim Wachstum der Tiere in den Knochen eingebaut werden. Damit sind zum einen Rückschlüsse auf die Körpertemperatur der Tiere möglich: „Das ist wie ein Fieberthermometer. Wir haben nun einen weiteren Hinweis, dass die Körpertemperatur der Dinosaurier bei etwa 37 Grad lag wie bei heutigen Säugetieren“, sagt Pfretzschner. Außerdem kann der Forscher auch auf das damalige Klima rückschließen. „Mit dem Verhältnis der verschieden schweren Sauerstoffatome zueinander wurde hier offenbar die regelmäßige Trockenheit in den Knochen dokumentiert. Wenn Wasser verdunstet, bleibt mehr von dem schweren Sauerstoff zurück. Dieser wird zu einem größeren Anteil in die Knochen eingebaut.“ Holz und Knochen zeigen im gleichen Bereich ähnliche Einlagerungen von schwerem Sauerstoff. Offenbar sind die Dinosaurier am gleichen Ort geblieben und nicht gewandert.

„Eine Art Treibhausklima gab es früher auch schon. Es war sogar eher der Normalfall, dass es global wärmer war als heute. Der Mensch ist nicht der einzige Motor der Klima-entwicklung“, sagt Mosbrugger. Im Moment seien wir am kalten Ende der Möglichkeiten. Doch sind im Junggar-Becken auch noch viele Fragen offen. Noch sei nicht ganz klar, wieso das Klima im Junggar-Becken im Sommer so feucht war, bei 40 Grad geographischer Breite seien sonst semiaride Bereiche zu finden. „Wir gehen von einer Verstärkung des Wasserkreislaufs aus“, erklärt der Klimaforscher. Außerdem sollen die großen Kohle-, Erdöl- und Erdgaslagerstätten im Junggar-Becken untersucht werden. „Die Antwort auf die Frage, wie diese Lagerstätten entstanden sind, gibt uns auch Antwort auf die wirtschaftlich wichtige Frage, wo die Rohstoffe zu finden sind“, erklärt Mosbrugger.

Nähere Informationen:

Im Tübinger Museum für Geologie und Paläontologie, Sigwartstraße 10, werden einige Fundstücke aus dem Junggar-Becken in einer Vitrine ausgestellt. Von montags bis freitags können die Stücke zwischen 9 und 17 Uhr im Erdgeschoss des Museums (vom Eingang aus links) besichtigt werden.

Zur Eröffnung am 31. Januar hält Dr. Michael Maisch einen Vortrag mit dem Thema: “ Im Schatten der Dinosaurier — Fundbericht aus Nordwest-China“, Institut und Museum für Geologie und Paläontologie, Sigwartstraße 10, 19.15 Uhr.

Prof. Hans-Ulrich Pfretzschner, Tel. 0 70 71/2 97 69 84

Prof. Volker Mosbrugger, Tel. 0 70 71/2 97 69 88

Institut und Museum für Geologie und Paläontologie
Sigwartstr. 10
72076 Tübingen