Die Ursache der größten Umweltkatastrophe der Erdgeschichte

Der Ausbruch gewaltiger Mengen von Flutbasalten in Sibirien führte vor 250 Millionen Jahren zum Permo-Triassischen Massenaussterben, der größten Umweltkatastrophe der Erdgeschichte, bei der 90 % aller Arten ausgelöscht wurden. Über die Ursache der sibirischen Eruptionen und den Zusammenhang zu dem massenhaftem Artensterben berichtet ein internationales Forscherteam von geodynamischen Modellierern des Deutschen GeoForschungsZentrums GFZ, Geochemikern der Fourier-Universität Grenoble, des Max Planck-Instituts in Mainz sowie der Vernadsky-, Schmidt- and Sobolev-Institute der Russischen Akademie der Wissenschaften in der aktuellen Ausgabe von Nature am 15. September (vol. 477, p. 312-316).

Als Magmatische Großprovinzen werden Gebiete der Erde bezeichnet, in denen sich große Mengen magmatischer Gesteine angesammelt haben. Innerhalb einer kurzen geologische Zeitspanne von oft weniger als einer Million Jahren überdeckten dort Ausbrüche mehrere hunderttausend Quadratkilometer mit bis zu vier Kilometer mächtigen Lavaströmen. Die Sibirische Magmatischen Großprovinz gilt als die größte ihrer Art weltweit.

Einer allgemein anerkannten These zufolge entstehen Magmatische Großprovinzen durch das Schmelzen von Gesteinen in thermalen Manteldiapiren innerhalb des Erdmantels. Diese heißen Gesteinsblasen, sog. Mantel-Plumes, steigen von der Kernmantelgrenze bis zur Lithosphäre, der festen Gesteinshülle der Erde, auf. Der hohe Auftrieb eines rein temperaturgetriebenen Diapirs müsste eigentlich bei Erreichen der Lithosphäre die Erdoberfläche um etwa einem Kilometer anheben. Diese Anhebung tritt aber nicht bei allen Magmatischen Großprovinzen auf. Außerdem reicht die geschätzte Freisetzung von Gasen bei vielen Magmatischen Großprovinzen nicht aus, um klimatische Katastrophen auszulösen.

Das Wissenschaftlerteam präsentiert ein numerisches Modell und neue geochemische Daten, mit denen diese ungelösten Fragen jetzt beantwortet werden.

Ihren Ergebnissen zufolge bestand der Sibirische Mantelplume zu etwa 15 Prozent aus ozeanischer Erdkruste, die vor langer Zeit in den tiefen Erdmantel subduziert ist und durch den Mantelplume zurück zur Lithosphäre gebracht wurde. Das Krustenmaterial lag in dem Plume in Form von Eklogit vor, einem sehr schweren Gestein, das durch sein Gewicht den Auftrieb des Plumes verringert.

Deswegen bewirkte der Plume bei seiner Ankunft an den obersten Gesteinsschichten nur eine geringe Anhebung der Lithosphäre. Zudem schmolz die recycelte Kruste bei viel geringeren Temperaturen als das normale Mantelmaterial Peridotit, wodurch der Plume außergewöhnlich große Magmamengen erzeugte und dadurch in der Lage war, innerhalb von nur einigen hunderttausend Jahren die dicke Sibirische Lithosphäre thermisch, chemisch und mechanisch zu zerstören. Weil das wiederverwertete Krustenmaterial besonders viel CO2 und Halogene enthielt, setzte es während dieses Prozesses viele Gase frei, die durch die obersten Erdschichten hindurch in die Atmosphäre gelangten und das Massenaussterben auslösten. Dem Modell zufolge sollte das Artensterben noch vor den größten magmatischen Eruptionen stattgefunden haben. Obwohl bislang nur wenige hochpräzise Datierungen der Eruptionen und der Massenaussterben vorliegen, scheint diese Aussage für viele Magmatische Großprovinzen gültig.

Stephan V. Sobolev, Alexander V. Sobolev, Dmitry V. Kuzmin et al., Linking mantle plumes, large igneous provinces and environmental catastrophes, Nature, vol. 477, p. 312-316, 2011

Bilder und Animationen finden sich unter:
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