Nach dem gewaltigen Asteroiden-Einschlag auf der Erde vor 66 Millionen Jahren versank der Planet für mehr als ein Jahr in Dunkelheit. Wie US-Forscher im Fachmagazin PNAS der US-amerikanischen Akademie der Wissenschaften nun berichten, waren große Mengen Ruß dafür mitverantwortlich.
Ohne Sonnenlicht kam die Photosynthese der Pflanzen zum Erliegen und die Temperaturen sanken erheblich. Es folgte ein Massensterben am Ende der Kreidezeit, bei dem etwa zwei Drittel aller Tierarten ausstarben, darunter die Dinosaurier. Die Wissenschaftler um Charles Bardeen vom National Center for Atmospheric Research in Boulder vermuten in der neuen Studie, dass vor allem Rußpartikel dabei eine Rolle spielten, die bei großflächigen Bränden freigesetzt wurden.
Asteroiden-Einschlag löste Naturkatastrophen aus
Der Einschlag des Asteroiden auf der Yucatán-Halbinsel im heutigen Mexiko wird seit langem mit dem Massensterben am Ende der Kreidezeit in Verbindung gebracht. Als gesichert gilt, dass der Einschlag unmittelbar Erdbeben, Tsunamis und Vulkanausbrüche auslöste, die sich verheerend auf die damaligen Bewohner des Planeten auswirkten. Wie weit diese Naturkatastrophen sich weiter abseits des Einschlagortes auswirkten, ist unter Forschern umstritten.
Welche klimatischen Veränderungen der Rußausstoß nach sich zog, simulierten die Forscher nun mit Hilfe eines hochauflösenden Computermodells. "Unsere Studie greift die Geschichte nach den anfänglichen Auswirkungen auf - nach den Erdbeben, den Tsunamis und der großen Hitze", sagt Bardeen. "Wir wollten die langfristigen Konsequenzen der Rußmengen untersuchen."
Die Menge an freigesetztem Ruß hatten Wissenschaftler in früheren Studien auf etwa 15 000 Millionen Tonnen beziffert. Bardeen und sein Team speisten diese Angabe in ihr Modell ein. Die Rußpartikel wurden demnach durch das Sonnenlicht zunächst erhitzt, stiegen immer höher in die Atmosphäre auf und verteilten sich um den Globus. Dort bildeten sie eine Schicht, durch die kaum noch Sonnenlicht auf die Erde gelangte. Es wurde so dunkel wie in einer mondhellen Nacht.
Für mehr als eineinhalb Jahre kam die Photosynthese zum Erliegen - der Prozess, über den Pflanzen und viele Algen die Energie des Sonnenlichts in chemische Energie umwandeln. In den Ozeanen betraf das vermutlich insbesondere das Phytoplankton. Da es am Beginn der marinen Nahrungskette steht, dürfte dies zum Aussterben vieler Arten im Meer geführt haben.
Die weitere Entwicklung sah den Forschern zufolge so aus: Infolge der anhaltenden Dunkelheit sank auch die Temperatur auf der Erde - um etwa 28 Grad Celsius an Land und um elf Grad in den Ozeanen. Die obere Atmosphäre heizte sich hingegen um bis zu 200 Grad auf, da die Rußpartikel das Sonnenlicht reflektierten. Gemeinsam mit dem nachfolgenden Einströmen von Wasserdampf in die oberen Atmosphärenschichten führte dies nach und nach zur Zerstörung der Ozonschicht. Schädliche UV-Strahlen gelangten auf die Erde.
In einer sich langsam abkühlenden Umgebung löste der Wasserdampf über Niederschläge innerhalb von wenigen Monaten schließlich die Rußschicht auf. Zu diesem Zeitpunkt war ein Großteil der Tierarten vermutlich von der Erde verschwunden.
Die Abkühlung wälzte die Ozeane um
"Die Forscher haben ein tolles Klimamodell genutzt, mit dem sich die Abläufe in der Atmosphäre, wie die Zirkulation oder Niederschläge, sehr gut simulieren lassen", kommentiert Julia Brugger vom Potsdam-Institut für Klimafolgenforschung (PIK) die Arbeit ihrer Kollegen. Die Ergebnisse seien sehr plausibel.
Die Forscherin hatte mit ihrem Team Anfang des Jahres selbst eine Studie zu den Ursachen des Massensterbens vorgestellt. Demnach sorgten Schwefelaerosole, die beim Aufschlag des Asteroiden auf schwefelhaltiges Gestein entstanden, für eine Verdunklung und starke Abkühlung der Erde.
"Wir haben eine noch viel stärkere Abkühlung gefunden als in der jetzigen Studie", sagt Brugger. Der Temperatursturz habe vermutlich auch das Wasser in den Ozeanen umgewälzt. "Dies hat einige Jahre nach dem Einschlag Nährstoffe in die oberen Schichten transportiert und womöglich eine toxische Algenblüte hervorgerufen."
