Eruptionen und Klima-Epochen

Berlin. Ein gigantischer Ausbruch stößt riesige Mengen glutflüssiger Lava aus, schleudert seine Asche viele Kilometer weit über das Land und bläst seine Gase etliche Kilometer hoch in die Luft. Solche Eruptionen können das Klima kühlen, wissen Forscher spätestens, seit der Tambora-Vulkan in Indonesien 1816 Europa und Nordamerika ein Jahr ohne Sommer mit Schneefällen und Frost im Flachland noch im Juli bescherte.

Vulkane können aber das Weltklima nicht nur ein paar Jahre kühlen, sondern lange Epochen mit sehr vielen Jahrmillionen aufheizen, zeigen Ryan McKenzie von der Yale-Universität im US-amerikanischen New Haven und seine Kollegen in der Zeitschrift "Science". Allerdings braucht es dazu nicht nur eine Eruption, sondern riesige Vulkan-Bögen und -Ketten, wie sie sich heute durch Indonesien oder entlang der amerikanischen Pazifikküste ziehen.

Zirkone extrem haltbar

Aus dem Magma dieser Vulkane kristallisiert ein "Zirkon" genanntes Mineral aus, das extrem haltbar ist: Im Westen Australiens und auf dem Mond wurden Zirkon-Sandkörnchen gefunden, die mehr als 4,4 Milliarden Jahre lang dem Zahn der Zeit widerstanden. Normalerweise enthalten solche Zirkone geringe Mengen der radioaktiven Elemente Uran und Thorium, die sehr langsam zu Blei zerfallen. Aus der Menge des entstandenen Bleis und des noch vorhandenen Urans und Thoriums können Geologen sehr zuverlässig und genau bestimmen, wann ein Zirkon-Kristall entstanden ist.

Frisch entstandene Zirkone landen nach einiger Zeit in den Sedimenten am Grund eines Gewässers, werden dort unter Ablagerungen begraben, die im Laufe der Jahrtausende immer dicker werden und die älteren Schichten immer tiefer unter der Erde vergraben. Irgendwann heben die Kräfte im Erdinneren diese Schichten wieder an die Erdoberfläche. Dort zerlegt die Witterung das Gestein mit der Zeit in seine Bestandteile, bis nach einiger Zeit das jetzt bereits deutlich gealterte Zirkon-Sandkörnchen wieder auf den Grund eines Gewässers rieselt und langsam begraben wird.

Das widerstandsfähige Material kann solche Zyklen aus Vergraben und wieder an die Oberfläche kommen etliche Male durchlaufen. Häufig enthalten Gesteine daher Zirkone verschiedenen Alters. Als Ryan McKenzie und seine Kollegen rund 120.000 Zirkon-Proben aus eigenen Analysen und aus den Veröffentlichungen anderer Forscher miteinander verglichen, fanden sie einen erstaunlichen Zusammenhang: In den Sedimenten aus den langen Epochen wie vor 540 bis vor 485, sowie vor 200 bis vor 66 Millionen Jahren mit auffällig warmem "Treibhausklima" in großen Teilen der Welt, stecken sehr viele junge, gerade in dieser Zeit entstandene Zirkone. In den langen Zeitaltern mit Gletschern an den Polen und in hohen Gebirgen wie vor rund 700 und vor etwa 300 Millionen Jahren sowie in den letzten 65 Millionen Jahren dagegen gibt es sehr viele alte Zirkone in den Sedimentschichten aus dieser Zeit.

Aus den Vulkanbögen der Erde strömen jedes Jahr rund 150 Millionen Tonnen Kohlenstoff in Form des Treibhausgases Kohlendioxid aus dem Erdinneren in die Atmosphäre. Dazu kommen noch einmal 12 bis 60 Millionen Tonnen aus dem Vulkanismus an mittelozeanischen Rücken, sowie weitere eine bis 30 Millionen Tonnen aus anderen Vulkanen. Vermutlich waren die Verhältnisse in der Vergangenheit ähnlich.

Aktivität der Vulkanbögen

Demnach sollten in den langen Treibhausklima-Epochen der Erde vor allem die großen Vulkan-Bögen und -Ketten sehr aktiv gewesen sein und so große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre geblasen haben. Der so entstandene Treibhaus-Effekt zog lange Phasen mit warmer Witterung nach sich. In solchen warmen Zeiten verwittern die Vulkangesteine rasch, entziehen der Atmosphäre dabei große Mengen Kohlendioxid und verhindern so, dass der laufende Nachschub aus den Vulkanen die Kohlendioxid-Konzentration immer weiter in die Höhe treibt.

Lassen die Eruptionen nach, verwittern die noch vorhandenen Vulkangesteine weiter und senken so den Kohlendioxid-Gehalt deutlich ab, erklärt Lee Kump von der Pennsylvania State University in den USA in "Science". So kühlt das Klima ab und die Wissenschafter finden in diesen Eiszeitaltern kaum noch junge Zirkone, weil die Vulkanbögen viel ruhiger als in den warmen Epochen sind.