Forscher entdecken magmatische Großprovinz

Ein vulkanisches Großereignis könnte eine der mächtigsten Vereisungen der Erdgeschichte ausgelöst haben – die Gaskiers-Vereisung, die die Erde vor rund 580 Millionen Jahren in einen riesigen „Schneeball“ verwandelt hat. Überreste einer solchen durch ausgedehnte Lavaströme entstandenen magmatischen Großprovinz haben Forscher der Universität Heidelberg zusammen mit mexikanischen Kollegen entdeckt. Sie erstreckte sich damals über drei Kontinente, die heute die Erdkruste von Teilen Mexikos, Nordamerikas und Nordeuropas bilden. Die Basalteruptionen müssen sich mindestens über ein Gebiet von 1.000 Kilometern im Durchmesser ausgedehnt haben. Die Forschungsergebnisse wurden in den „Geophysical Research Letters“ veröffentlicht.

Vulkanismus ist ein natürlicher Prozess, der das Treibhausgas Kohlenstoffdioxid (CO2) in die Atmosphäre freisetzt. Durch Verwitterung silikatischer Gesteine an der Erdoberfläche wird wiederum CO2 der Atmosphäre entzogen, welches in Karbonatgesteinen gespeichert wird. „Das garantiert langfristig ein gemäßigtes Klima auf der Erde im Gegensatz zu den lebensfeindlichen Bedingungen ihrer kosmischen Nachbarn, der heißen Venus und dem kalten Mars“, betont Prof. Dr. Axel K. Schmitt vom Institut für Geowissenschaften der Universität Heidelberg. Allerdings kam es im Laufe der Erdgeschichte immer wieder zu Störungen dieses Gleichgewichts. „Gegen Ende des Proterozoikums ereigneten sich drei weltumspannende Vereisungen. Dabei muss die Erde vom Weltraum aus eher wie ein Schneeball ausgesehen haben“, so der Geowissenschaftler.

Diese auch als „Schneeball-Erde“ bezeichneten Vereisungsphasen werden auf vulkanische Extremereignisse zurückgeführt, bei denen sogenannte magmatische Großprovinzen entstehen. Beim Auseinanderbrechen kontinentaler Landmassen entsteht ein vulkanisches „Riesenfeuerwerk“ mit einem so hohen Ausstoß an CO2, dass dies kurzfristig zu einer Erderwärmung führen kann. Anschließend setzt jedoch die Verwitterung der gebildeten Laven ein. „Der Verwitterungsprozess ist besonders intensiv, wenn er in tropischen Breiten stattfindet. In Zeiträumen von mehreren Millionen bis zu mehreren zehn Millionen Jahren können dann die verwitterten Gesteine so viel Kohlenstoffdioxid binden, dass das Erdklima in eine extreme Kaltzeit kippt“, erläutert Prof. Schmitt.

Das deutsch-mexikanische Forscherteam mit Wissenschaftlern des Centro de Investigación Científica y de Educación Superior de Ensenada (CICESE) untersuchte sogenannte basaltische Ganggesteine aus dem Novillo Gneis im mexikanischen Bundesstaat Tamaulipas. Dabei handelt es sich um „Wurzeln“ bereits abgetragener Lava-Ergüsse. Die Wissenschaftler konnten zeigen, dass die mexikanischen Gesteine hinsichtlich ihrer Spurenelement- und Isotopenzusammensetzungen identisch sind mit bereits datierten Gesteinen in Kanada und Norwegen. Außerdem gelang es in Heidelberg, mikroskopisch kleine Mineralkörner von Baddeleyit in den mexikanischen Proben nachzuweisen.

Baddeleyit entsteht ausschließlich im Magma und kann daher das Alter des Vulkanismus zuverlässig aufzeichnen. In diesem Fall konnte mithilfe der räumlich hochauflösenden Ionensonde des Instituts für Geowissenschaften das seltene Mineral auf ein Alter von 619 Millionen Jahren datiert werden. Nach den Worten von Prof. Schmitt entspricht dies genau dem Zeitpunkt der magmatischen Bildung der in Kanada und Norwegen gefundenen Gesteine. Die Forscher gehen davon aus, dass die langfristigen Klimaeffekte dieser großen magmatischen Provinz etwa 40 Millionen Jahre später zur Gaskiers-Vereisung führten.