Lange bevor Menschen den Planeten betraten, leisteten Pflanzen im Stillen die schwere Arbeit für den Kohlenstoffkreislauf der Erde. Sie haben Kohlendioxid aufgesaugt. Sie haben es in ihren Geweben eingeschlossen. Und als sie starben, blieb dieser Kohlenstoff im Gestein erhalten.
Jahrelang haben sich Wissenschaftler auf die Ozeane verlassen, um uns zu sagen, wie die Atmosphäre vor Millionen von Jahren aussah. Meeresfossilien. Muschelfragmente. Sedimentschichten. Sicherlich zuverlässig. Aber sie haben Grenzen. Ihre Auflösung verschwimmt jenseits des mittleren Eozäns vor etwa 45 Millionen Jahren. Und davor? Die Aufzeichnung verschwindet weitgehend.
Hier verändert ein neuer Ansatz von Forschern der University of Michigan die Spielregeln. Durch die Analyse von versteinertem Pflanzenmaterial aus Wyoming haben Nathan Sheldon und Katarina Keating eine Tür in die tiefe Vergangenheit geöffnet. Insbesondere haben sie gezeigt, dass wie versteinerte Pflanzen die frühere Atmosphäre der Erde offenbaren können nicht nur theoretisch, sondern messbar und genau ist.
Der Kohlenstoff-13-Hinweis
Der Schlüssel hier sind nicht die Pflanzen selbst. Es sind die Isotope. Insbesondere Delta Carbon-13 (δ¹³C).
Carbon-12 ist leichter. Kohlenstoff-13 ist schwerer. Pflanzen bevorzugen bei der Photosynthese das leichtere Isotop. Das Verhältnis dieser beiden Kohlenstoffe in einem Blattfossil erzählt also eine Geschichte. Eine Verschiebung dieses Verhältnisses spiegelt wider, wie sich Kohlenstoff durch den globalen Kohlenstoffkreislauf bewegt. Es ist ein Flussmesser.
Traditionell verwendeten Forscher hierfür marine Proxys. Meeressedimente. Foraminiferenschalen. Diese Aufzeichnungen reichen bis in die Kreidezeit vor etwa 145 Millionen Jahren zurück. Aber das Signal wird verrauscht. Eine suboptimale Auflösung belastet die Daten. Wir können nicht klar sehen. Und wir können ältere Aufzeichnungen sicherlich nicht mit Sicherheit sehen.
Die Lücke ist problematisch. Die Zeit zwischen dem Aussterben der K-Pg (dem Dinosaurier-Tötungsereignis) und der heutigen Zeit birgt Lehren für unsere aktuelle Klimakrise. Im Paläozän und Eozän kam es zu Spitzen der globalen Erwärmung, die unheimlich bekannt vorkommen. Wenn wir vorhersagen wollen, wohin die Reise geht, müssen wir verstehen, wie sich der Kohlenstoffkreislauf verhielt, als der Planet heiß war.
Aber ohne gute Daten fliegen wir im Blindflug.
Wyomings Zeitkapsel
Sheldon, Keating und ihr Team gruben im Hoback Basin in Wyoming. Sie haben nicht nur an der Oberfläche gekratzt. Sie gingen meterweit unter die Erde und entnahmen Proben aus Gesteinsformationen, die zwischen 50 und 60 Millionen Jahre alt waren. Das ordnet sie direkt dem späten Paläozän und frühen Eozän zu.
Sie extrahierten terrestrisches organisches Material. Sie analysierten es auf δ¹³C.
Die Logik ist einfach, aber wirkungsvoll. Pflanzen binden CO₂ aus der Luft. Wenn die Luft eine bestimmte Isotopensignatur hatte, spiegeln die Pflanzen diese wider. Wenn diese Pflanzen versteinern, bleibt diese Signatur erhalten. Es besteht ein direkter Zusammenhang mit dem atmosphärischen Kohlenstofffluss zu genau diesem Zeitpunkt in der geologischen Zeit.
Aber stimmte es mit den Meeresdaten überein? Oder war es nur lokaler Lärm?
Die Forscher verglichen ihre terrestrischen Messwerte mit den in der Literatur gefundenen globalen terrestrischen Aufzeichnungen. Dann verglichen sie alles mit Fossilien von Meeresorganismen aus dem Känozoikum, das 66 Millionen Jahre zurückreicht. Sie mussten wissen, ob Landpflanzen ein gültiger Indikator für das atmosphärische δ¹³C auf globaler Ebene sind.
Das Ergebnis war frappierend.
Eine in geologischer Zeit entstandene Verbindung
Die aus Wyoming-Pflanzen rekonstruierten atmosphärischen δ¹³C-Werte stimmten eng mit denen überein, die von alten Meeresorganismen abgeleitet wurden.
Dies ist kein marginaler Zusammenhang. Es ist eine Bestätigung. Es beweist, dass **versteinerte Pflanzen antike atmosphärische Bedingungen zuverlässig und mit einer Genauigkeit rekonstruieren können, die mit den Aufzeichnungen der Ozeane mithalten kann. Und da Pflanzen existierten, lange bevor moderne marine Proxys klare Daten lieferten, verlängert dies unseren Zeitrahmen erheblich.
Das Team untersuchte die Einzelheiten, um zu sehen, was während dieser Veränderungen mit dem Klima geschah. Sie verglichen die rekonstruierten Werte mit einer Basislinie.
Vulkane sind eine wichtige Kohlenstoffquelle und geben diesen mit einem konstanten δ¹³C-Wert von etwa -5,4‰ ab.
Vor rund 53 Millionen Jahren (Eozän) wies die Atmosphäre einen Wert von -6,30‰ auf. Das ist niedriger. Das bedeutet, dass reichlich leichteres Kohlenstoff-12 in der Luft war. Mehr leichter Kohlenstoff korreliert normalerweise mit wärmeren Temperaturen. Der Planet war heiß.
Schauen Sie sich dann das späte Paläozän vor etwa 57 Millionen Jahren an. Der Wert fiel auf -4,37‰. Höher. Schwerer. Dies deutet darauf hin, dass leichter Kohlenstoff an anderer Stelle gespeichert wurde – wahrscheinlich in den Ozeanen eingeschlossen oder in Sedimenten vergraben. Durch die Entfernung von leichtem Kohlenstoff blieben die schwereren Isotope in der Atmosphäre zurück. Der Nettoeffekt? Ein kühlendes Klima.
Sowohl die Land- als auch die Seeaufzeichnungen zeigten dieselbe Verschiebung. Es war ein gemeinsamer Prozess am Werk. Globale Kohlenstoffflüsse trieben die Temperaturänderungen voran. Die Pflanzen und das Plankton erzählten die gleiche Geschichte.
Komplikationen bei Regenfällen
Es lief nicht alles reibungslos. Beim Vergleich der Wyoming-Daten mit anderen Standorten weltweit fiel dem Team etwas Seltsames auf.
Die Ergebnisse variierten je nach Niederschlag.
Standorte, die in der Vergangenheit feuchter waren, zeigten Messwerte mit weniger schwerem Kohlenstoff. Die trockeneren Standorte, einschließlich des Hoback-Beckens, entsprachen den erwarteten, aus dem Meer abgeleiteten Werten.
Warum ist Niederschlag wichtig? Wahrscheinlich, weil die Wasserverfügbarkeit die Art und Weise beeinflusst, wie Pflanzen Kohlenstoff aufnehmen und wie organisches Material zersetzt wird, bevor es vergraben wird. Wenn Sie sich in einer nassen Zone befinden, wird das Signal abgeschwächt oder verändert.
Über diese Einschränkung sind sich die Forscher im Klaren. Um genaue Messwerte zu erhalten, wie versteinerte Pflanzen den Kohlenstofffluss widerspiegeln, müssen Wissenschaftler den Niederschlag berücksichtigen. Feuchte Standorte erfordern möglicherweise eine Anpassung oder den Ausschluss von bestimmten Modellen.
Dies bricht jedoch nicht die Methode. Es verfeinert es.
Warum das jetzt wichtig ist
„Wir bieten eine Methode zum Verständnis der Quellen und Senken von CO2, seit es Pflanzen gibt“, schrieben Sheldon und Keating.
Das ist eine große Aussage.
Derzeit stützen wir uns auf Meeresaufzeichnungen, um den Kohlenstoffkreislauf im Känozoikum und Mesozoikum zu verfolgen. In bestimmten Zeitfenstern sind diese Aufzeichnungen jedoch spärlich. Sie haben Einschränkungen. Sie haben Lücken.
Dieser neue Ansatz unter Verwendung von versteinertem Pflanzenmaterial kann diese Lücken schließen. Es ergänzt die Meeresdaten. Es funktioniert in datenarmen Regionen. Und vor allem ermöglicht es Rekonstruktionen für Zeiträume, in denen Meeresbeschränkungen einfach nicht bestehen.
Wir stehen vor beispiellosen Veränderungen des atmosphärischen CO2. Das Verständnis der Mechanismen der Vergangenheit ist nicht mehr nur eine akademische Angelegenheit. Es ist eine Überlebensfähigkeit. Wir müssen wissen, wie der Planet reagierte, als der Kohlenstoffgehalt anstieg. Wir müssen wissen, wohin die Hitze gegangen ist. Und dank der versteinerten Blätter von Wyoming haben wir jetzt eine klarere Karte der tiefen Vergangenheit.
Die Pflanzen erinnern sich. Wir müssen sie nur richtig lesen.
