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Vor 66 Millionen Jahren hat eines der größten Massensterben auf unserem Planeten stattgefunden. Dieses sorgte unteranderem für das Ende der Dinosaurier. Bis heute wissen wir allerdings immer noch nicht, was sich eigentlich genau ereignet hat und es gibt eine Reihe verschiedener Theorien. In einem kürzlich erschienenen Artikel untersuchte eine Gruppe von der University of Colorado Boulder den Effekt einer großen Menge von Rußnanopartikeln in der Atmosphäre auf das Klima der nachfolgenden Jahre.

Die Grundthese dabei ist, dass es, durch den Einschlag eines 10 km großen Asteroiden, zu massiven Waldbränden kam. Aufgrund dieser Brände entstanden Rußpartikel, welche in die Atmosphäre gelangten und dort durch das Sonnenlicht weiter erhitzt wurden, so dass sie bis auf eine Höhe von 90 km steigen konnten und von dort die Bedingungen auf der Erde extrem beeinflussten.

Durch die Verbrennung von Holz entstehen Rußnanopartikel.

Nach einigen Jahren regneten diese Nanopartikel wieder herab und bildeten eine Schicht auf der Oberfläche, die bei heutigen Untersuchungen im Gestein nachgewiesen werden kann (die sog. Cretaceous-Paleogene boundary). Das nach dem Einschlag eines Asteroiden Nanopartikel in die Atmosphäre gelange ist nicht neu und wird allgemein akzeptiert, die genaue Menge dieser steht allerdings noch zur Debatte. Untersuchungen von Gesteinsschichten aus dieser Zeit legten allerdings Nahe, dass die Menge der Rußpartikel wesentlich höher als bisher angenommen war. Die Daten deuten auf Mengen von 15.000 Tg bis 35.000 Tg von Rußpartikeln hin. Ein Tg (Teragram) entspricht dabei 1.000.000.000 kg… Zum Vergleich: Rainer Calmund wiegt ca. 145 kg. Die Menge von 15.000 Tg Nanopartikeln entspricht dann 103.448.275.862 Callies. Damit eine solche Menge an Nanopartikeln entstehen kann, muss mehr oder weniger die gesamte Biomasse an der Oberfläche verbrannt worden sein, was zwar eine sehr gewagte These ist, jedoch durch die Funde in der Gesteinsschicht gestützt wird.

Daher untersuchten die Autoren den Einfluss verschiedener Mengen von Rußnanopartikeln auf die Wetterbedingungen auf der Erde und verglichen die Ergebnisse mit einer Kontrollstudie, die die Wetterentwicklung nach dem Asteroideneinschlag, ohne Nanopartikel in der Atmosphäre, simulierte.

Das durch die Brände und den Asteroideneinschlag entstehende Ruß gelangte in die Atmosphäre und blieb dort für ca. 5 Jahre. Wobei 90% bereits im ersten Jahr wieder herunterkamen. Das Ruß, selbst die übrigen 10%, sorgten dafür, dass es auf der Erde dunkel, sehr dunkel wurde. Simulation von 15.000 Tg, zeigen dass nach einem Jahr ist nur 4%!!! Des Sonnenlichtes im Vergleich zur Kontrollstudie auf der Erdoberfläche ankommen.

Prozentuale Menge von Sonnenlicht das auf der Oberfläche ankommt (links im zweiten Jahr, rechts im vierten Jahr/ Quelle: Bardeen et al.).

Durch diese massive Abdunkelung wurde Photosynthese quasi unmöglich. Innerhalb weniger Tage kollabierte 90% der Biomasse in den Ozeanen, was zu einem Massensterben der restlichen Nahrungskette führte. An Land hängt das kurzfristige Überleben zwar nicht derart stark von Photosynthese treibender Biomasse ab, allerdings sind die meisten Pflanzen ja verbrannt und es ist auch ziemlich dunkel was die Nahrungssuche nicht erleichtert…

Die Verdunkelung ist aber leider nicht das einzige Problem, denn auch auf die Temperatur wird beeinflusst. Unabhängig von der untersuchten Menge an Rußpartikeln, sinkt die Durchschnittstemperatur in den ersten drei Jahren um 16°C (an Land sogar um 28°C) und braucht bis zu 15 Jahre um wieder bei der Ausgangstemperatur anzukommen.

Die Karte zeigt die durchschnittliche Temperaturveränderung für eine zwei Jahresperiode 18 Monate nah dem Einschlag (Quelle: Bardeen et al.).

Ganz nebenbei wird auch der Niederschlag massiv beeinträchtigt. Er sinkt um bis 80% im globalen Durchschnitt und erholt sich erst nach sieben Jahren wieder. Dadurch entstehen in den meisten Landgebieten wüstenähnliche Zustände, was das Überleben von Pflanzen und Tieren an Land nicht fördert.

Im Gegensatz zu den geringen Temperaturen auf der Oberfläche, heizen sich die oberen Schichten, in denen die Rußpartikel das Sonnenlicht absorbieren, massiv auf. Ab 15 km über dem Erdboden liegt die Temperatur zwischen 50 und 100°C und zwischen 45 und 60 km steigt die Temperatur sogar über 200°C.

Dies sind alles sicherlich keine guten Nachrichten für die in der Zeit lebenden Pflanzen und Tiere. Mit dieser Arbeit wird ein sehr interessanter Beitrag zur Diskussion, wie die Dinosaurier ausgestorben sind, geleistet und stimmt weiterhin vielleicht auch etwas nachdenklich, ob es gut ist immer weiter Kram in unsere Atmosphäre zu pusten…

[1] C. G. Bardeen, On transient climate change at the Cretaceous-Paleogene boundary due to atmospheric soot injections, PNAS, 2017

[2] K. Kaiho et al., Global climate change driven by soot at the K-Pg boundary as the cause of mass extinction, Sci. Rep.,2016

 

Kommentare (12)

  1. #1 tomtoo
    10. Oktober 2017

    Du hast ja Humor. Tg in Calmund’s umrechnen. Und dann noch Werbung für Nanopartikel mit einem Massensterben machen. ; )

  2. #2 RPGNo1
    10. Oktober 2017

    muss mehr oder weniger die gesamte Biomasse an der Oberfläche verbrannt worden sein

    Aber auch diese These erklärt nach wie vor nicht, warum zahlreiche Landlebewesen und auch Meeresbewohner überlebten. Die Forschung und die Diskussionen zum Aussterben werden weiterhin noch sehr lange beschäftigt sein.
    Wikipedia spricht übrigens davon, dass 75 % der Arten ausstarben.
    https://de.wikipedia.org/wiki/Massenaussterben#Kreide-Pal.C3.A4ogen-Grenze_.28vor_ca._66_Millionen_Jahren.29

  3. #3 Spritkopf
    10. Oktober 2017

    Sehr schöner Artikel. Leider liegt das Paper von Bardeen hinter einer Paywall.

    Ein Tg (Terragram) entspricht dabei 1.000.000.000 kg

    Eine kleine Klugscheißanmerkung: Die Einheit heißt Teragramm (wie das Terabyte bei Festplatten). Obwohl… bei dem Erdbezug würde auch Terragramm passen. 😉

  4. #4 Chemiker
    10. Oktober 2017

    Rainer Calmund wiegt ca. 145 kg. Die Menge von 15.000 Tg Nanopartikeln entspricht dann 103.448.275.862 Callies.

    Ich finde die Anzahl der signifikanten Stellen im Quotienten sehr beachtlich. Wäre es nicht besser, stattdessen zu schreiben „gut hundert Milliarden Callies“ oder „ungefähr der kombinierten Masse aller je gelebt habenden Menschen“?

  5. #5 Lercherl
    10. Oktober 2017

    Wieder was gelernt, nämlich wer Reiner Calmund ist, von dem hab ich noch nie was gehört. Und warum nicht gleich 15 Pg statt 15.000 Tg? Teragramm sind im Volksmund auch als “Millionen Tonnen” bekannt.

  6. #6 Stefan
    11. Oktober 2017

    Waum nur habe ich jetzt dieses eher unangenehme Bild von 103.448.275.862 Reiner Calmunds im Kopf, die in 90 km Höhe in der Atmosphäre schweben, sich auf 100-200 °C erhitzen und dann nach 5 Jahren auf die Erdoberfläche herunterfallen – nicht wirklich schön… :-)

  7. #7 Dwon
    11. Oktober 2017

    Die Grafiken sind ein gutes Beispiel dafür, dass man durch Verwendung mehrerer Farben nichts mehr erkennt.

  8. #8 Berliner
    12. Oktober 2017

    Nanopartikel klumpen innerhalb weniger Stunden zu Ruß.
    Was soll dieser reißerische Titel?

    • #9 samir
      12. Oktober 2017

      @Berliner,
      Vielen Dank für deinen Kommentar. Das Agglomerieren oder Verklumpen der Nanopartikel ist ein sehr wichtiges Phänomen, das in der Studie auch berücksichtigt wurde. Die Nanopartikel sind immer Ruß, das hängt nicht von ihrer Größe ab. Das Verklumpen allerdings führt dazu, dass sich Agglomerate bilden, die so groß sind, dass sie von der Schwerkraft runtergezogen werden. Da sich am Anfang sehr viele Nanopartikel in der Atmosphäre befinden ist die Wahrscheinlichkeit, dass sie gegeneinander stoßen und verklumpen sehr groß. Deswegen fallen am Anfang (im ersten Jahr) sehr viele Nanoteilchen bzw. Agglomerate wieder runter, dann wird die Rate mit der das geschieht aber langsamer. Trotz dieses Effektes ist die verbleibende Menge an Nanoteilchen, laut der Studie, hoch genug um die beschriebenen Effekte auszulösen. D. h. die Nanoteilchen sind der Auslöser für Verdunkelung, Ausbleiben von Photosynthese und Temperatur- sowie Niederschlagsveränderung. Dieses führt laut den Autoren zum Aussterben vieler Arten. Daher finde ich den Titel nicht reißerisch, es ist lediglich die Zusammenfassung der Kernaussage der beschrieben Studie.

  9. #10 Laie
    12. Oktober 2017

    Sehr interessant – Die gesamte Biomasse verbrannt, d.h. extrem schlechte Luft und dann noch keine Nahrung. Das sind ja fast schon Zombie-ähnliche Zustände, aber auch nur für kurze Zeit.

    Für Pilze aller Art ist das dann ein Segen, aber auch nur für kurze Zeit. Davon könnte man sich dann ernähren, wo es halt nicht zu kalt ist. :)

  10. #11 Berliner
    13. Oktober 2017

    samir,
    gegen die Studie kann ich nicht argumentieren und dass die restlichen Nanopartikel die Lungen verstopfen, das ist auch denkbar.
    Danke für den Hinweis.

  11. #12 Norbert W.
    13. Oktober 2017

    Was ich nicht so ganz verstehe, die Katastrophe dauerte ca. 10 Jahre. Wieso hat aber das Artensterben tausende von Jahren gedauert?

    Sind die Tiere gar nicht an der Katastrophe ausgestorben, sondern wurden sie von Tieren verdrängt, die mit den neuen Bedingungen besser zurecht kamen?