Daniel Rothman arbeitet im obersten Stockwerk der Abteilung für Erd-, Atmosphären- und Planetenwissenschaften des Massachusetts Institute of Technology – einem großen Betongebäude mit Blick auf den Charles River in Cambridge. Der ausgebildete Mathematiker erforscht komplexe Systeme und hat im Verhalten der Erde ein faszinierendes Studienobjekt gefunden. Insbesondere untersucht er den Kohlenstoffkreislauf der Erde in ferner Vergangenheit, besonders während jener seltenen Momente, in denen er über einen Kipppunkt hinausgedrängt wurde und außer Kontrolle geriet, sodass er Hunderttausende Jahre zur Erholung brauchte.
Da alles Leben auf der Erde kohlenstoffbasiert ist, sind massive Störungen des Kohlenstoffkreislaufs besser bekannt als Massenaussterben. Geologen haben in den letzten Jahrzehnten eine beunruhigende Entdeckung gemacht: Viele der Massenaussterben der Erde – einschließlich des schlimmsten aller Zeiten – wurden nicht, wie einst angenommen, durch Asteroideneinschläge verursacht, sondern durch massive Vulkanausbrüche, die katastrophale Mengen an CO₂ in die Atmosphäre und Ozeane freisetzten.
Wenn zu viel CO₂ zu schnell freigesetzt wird, kann es den Kohlenstoffkreislauf überfordern und einen planetaren Rückkopplungseffekt auslösen. Die natürlichen Prozesse der Erde könnten das Problem dann verstärken, noch mehr Kohlenstoff freisetzen und das Klima in eine verheerende Abwärtsspirale treiben, die 100.000 Jahre anhält, bevor sich die Stabilität wieder einstellt. Es spielt keine Rolle, ob die CO₂-Werte zunächst hoch oder niedrig sind – entscheidend ist die Geschwindigkeit der Veränderung. Ein rapider Anstieg kann zur Katastrophe führen.
Der Kohlenstoffkreislauf bewältigt normalerweise die langsame, stetige Freisetzung von CO₂ aus Vulkanen über Millionen von Jahren, bewegt Kohlenstoff zwischen Luft, Ozeanen und Lebewesen, bevor er schließlich in die Erde zurückkehrt. Doch wenn eine enorme Menge Kohlenstoff in sehr kurzer Zeit freigesetzt wird – schneller, als der Planet absorbieren kann –, könnte dies eine Kettenreaktion auslösen, die weit verheerender ist als das ursprüngliche Ereignis. Es könnte eine kritische Schwelle geben, die gewöhnliche Erwärmungsperioden, an die sich das Leben anpassen kann, von unkontrollierbaren Aussterbeereignissen trennt.
Obwohl es mehr als 60 Millionen Jahre her ist, seit die Erde zuletzt eine solche Schwelle überschritten hat, deutet Rothmans Forschung darauf hin, dass wir den Planeten nun auf denselben gefährlichen Pfad drängen. Sobald wir diese Linie überschreiten, könnte ein Massenaussterben unvermeidlich werden, selbst wenn es Tausende von Jahren dauert, bis es sich vollständig entfaltet.
In der gesamten Erdgeschichte gab es nur wenige Möglichkeiten, enorme Mengen an Kohlenstoff aus der Erdkruste in die Atmosphäre freizusetzen: seltene, massive Vulkanereignisse, die etwa alle 50 Millionen Jahre auftreten, und – soweit wir wissen – der industrielle Kapitalismus, der nur einmal vorgekommen ist.
Massenaussterben sind nicht einfach nur sehr schlimme Ereignisse. Sie sind keine zivilisationsstörenden Pandemien wie COVID-19, die weniger als 1 % einer einzelnen Primatenart töteten. Sie sind nicht wie der Verlust eines Viertels der weltweiten Vegetation oder die Vergletscherung, die vor 20.000 Jahren einen Großteil Nordamerikas unfruchtbar machte. Sie sind nicht einmal wie Supervulkanausbrüche, die – obwohl sie die moderne Gesellschaft verwüsten können – keine dauerhaften Auswirkungen auf die globale Biodiversität hatten. All dies sind Teil der normalen Herausforderungen des Lebens auf der Erde. Das Leben hat sie schon einmal überstanden. Wäre es anfällig für die Art von routinemäßigen Störungen, die zum täglichen Leben auf einem vulkanischen Planeten gehören? Aber während die Erde eine robuste Welt ist, die allen erdenklichen Belastungen standhält, die sie regelmäßig erduldet, geschieht alle 50 bis 100 Millionen Jahre etwas wirklich Katastrophales. Dies sind die großen Massenaussterben, wenn die Bedingungen auf der Planetenoberfläche überall so feindselig werden, dass sie die Anpassungsfähigkeit fast allen komplexen Lebens überwältigen.
Fünfmal in der Geschichte des tierischen Lebens hat diese Verwüstung eine etwas willkürliche Schwelle erreicht – und in einem Fall bei weitem überschritten –, bei der 75 % der Arten der Erde ausgelöscht wurden, was den Titel „großes Massenaussterben“ verdient. Paläontologen bezeichnen diese als die „Big Five“, obwohl das Fossilienaufzeichnungen auch Dutzende andere, weniger schwerwiegende Massenaussterben zeigt. Das jüngste der Big Five traf vor 66 Millionen Jahren, eine globale Katastrophe, die schwerwiegend genug war, um die Herrschaft der Riesendinosaurier zu beenden.
Es hinterließ einen 110 Meilen breiten Krater, der 1978 unter der Halbinsel Yucatán in Mexiko von Geophysikern entdeckt wurde, die für das staatliche Ölunternehmen Pemex arbeiteten. Die Größe und Form des Kraters deuteten darauf hin, dass ein sechs Meilen breiter Asteroid sofort ein 20 Meilen tiefes Loch in den Boden riss. Drei Minuten später schoss ein extrem temporäres, 10 Meilen hohes Gebirge aus explodierendem geschmolzenem Granit empor. Im Chaos wurden 76 % der Tierarten ausgelöscht.
Vergleichsweise ist der Schaden, den Menschen der restlichen lebenden Welt bisher zugefügt haben, relativ bescheiden und macht vielleicht weniger als 10 % der verlorenen Arten aus. Zumindest vorläufig. Laut einer einflussreichen Nature-Studie aus dem Jahr 2011 des Paläobiologen Anthony Barnosky könnten wir, wenn wir unser aktuelles Aussterbetempo beibehalten, von unserem bereits alarmierenden Niveau – einem geringfügigen Massenaussterben – zum sechsten großen Massenaussterben in nur drei Jahrhunderten oder bis zu 11.330 Jahren eskalieren. Für zukünftige Geologen würde es nicht anders aussehen als ein Asteroideneinschlag. Noch beunruhigender ist, dass es auf dem Weg möglicherweise Kipppunkte geben könnte, an denen die verbleibenden Arten der Welt fast alle auf einmal verschwinden, wie Knoten in einem Stromnetz, die während eines Zusammenbruchs gemeinsam versagen.
Angesichts dessen, wie verheerend die menschlichen Auswirkungen auf die Biosphäre bereits waren, ist es erschreckend zu bedenken, dass das Schlimmste unseres Massenaussterbens möglicherweise noch bevorsteht.
Eine Periode in der Geschichte unseres Planeten sticht als einzigartig lehrreich – und einzigartig chaotisch, volatil und tödlich – hervor, wenn es um CO₂-Überlastung geht. Vor 300 Millionen Jahren verlor die Erde wiederholt die Kontrolle über ihren Kohlenstoffkreislauf und erduldete 90 Millionen Jahre lang Massenaussterben, einschließlich zwei der schlimmsten globalen Katastrophen aller Zeiten, beide von CO₂ angetrieben. In einem Fall starb der Planet fast. Paläontologe Paul Wignall beschrieb es als Erliegen vor einem „Klima von beispielloser Bösartigkeit“. Ganz am Ende der Perm-Zeit, vor 252 Millionen Jahren, brach genug Lava aus Sibirien aus und sickerte in die Kruste, um die unteren 48 US-Bundesstaaten unter einem Kilometer Gestein zu begraben.
Ein Kilometer tief.
Die Überreste dieser alten Lavaströme sind als Sibirischer Trapp bekannt. Heute bilden sie dramatische Flussschluchten und Plateaus aus schwarzem Gestein in der abgelegenen borealen Wildnis Russlands. Die Eruptionen, die sie schufen und einst Sibirien mit 2 Millionen Quadratmeilen dampfenden Basalts bedeckten, gehören zu einer seltenen Klasse von Riesen, die Large Igneous Provinces (LIPs) genannt werden.
LIPs sind bei weitem die gefährlichsten Phänomene in der Erdgeschichte, mit einer weit katastrophaleren Bilanz als Asteroiden. Diese einmaligen, planetentötenden Vulkane sind völlig anders als typische Eruptionen wie Tambora, Mount Rainier oder Krakatau – oder sogar Yellowstone. Stellen Sie sich vor, Hawaii hätte sich nicht über zig Millionen Jahre verteilt im Pazifik gebildet, sondern alles auf einmal in einem kurzen, gewaltsamen Ausbruch. In weniger als einer Million Jahren, und alles in einer Region – manchmal sogar durch die Zentren von Kontinenten brechend –, sind diese massiven Vulkanereignisse, bekannt als Large Igneous Provinces (LIPs), die dramatische Erinnerung der Erde, dass unsere dünne felsige Kruste und die empfindliche Lebensschicht darüber über einem brodelnden, gleichgültigen Planetenmotor ruhen. Hier ziehen kolossale Gesteinsströme ganze Ozeanplatten hinab zum Kern des Planeten, um zerstört und neu geschaffen zu werden. Wenn dieser Prozess gestört wird, brechen LIPs wie tektonische Verdauungsstörungen aus und überfluten weite Gebiete mit Vulkangestein. Wenn diese Eruptionen groß und schnell genug sind, können sie die Welt verwüsten.
Am Ende der Perm-Zeit, während des größten Massenaussterbens der Geschichte, hätten diese Eruptionen furchterregende Explosionen verursacht, wahrscheinlich begleitet von kurzen vulkanischen Wintern und saurem Regen. Es gab weitverbreitete Quecksilbervergiftungen zusammen mit giftigen Fluor- und Chlorgasen – ähnlich denen, die Soldaten in den Schützengräben des Ersten Weltkriegs erstickten. Am wichtigsten und katastrophalsten für das Leben war, dass die Eruptionen eine planetenverändernde Menge an Kohlendioxid freisetzten.
Interessanterweise, da die Datierung der sibirischen Lava präziser geworden ist, wissen wir jetzt, dass das Massenaussterben erst 300.000 Jahre nach Beginn der Eruptionen begann – nachdem zwei Drittel der Lava bereits Nord-Pangaea mit meilenhohem Gestein überflutet hatte. Das ist rätselhaft. Die Vulkane hatten Hunderttausende von Jahren ihre übliche tödliche Mischung ausgespuckt, die die moderne industrielle Verschmutzung bei weitem übertraf. Es hätte unzählige gewaltsame Explosionen und korrosive saure Regenstürme gegeben. Dennoch hielt das Leben durch; die Biosphäre ist widerstandsfähig. Warum also brach das Leben nach so viel anhaltender Verwüstung plötzlich weltweit zusammen, selbst in den tiefsten Ozeanen auf der gegenüberliegenden Seite des Planeten?
Was verursachte das Massenaussterben? „Man kann die Laven ausschließen“, sagt Seth Burgess, ein Geologe beim US Geological Survey. Aber etwas an diesen sibirischen Vulkanen muss sich nach 300.000 Jahren dramatisch verändert haben, was den globalen Zusammenbruch auslöste. Also, was war es?
Der Planet begann, seine eigenen fossilen Brennstoffe zu verbrennen.
Das Ergebnis war ein massiver Kohlenstoffzufluss, der die Regulationssysteme der Erde überwältigte und das Klima aus dem Gleichgewicht brachte.
Vulkane emittieren von Natur aus erhebliche Mengen CO₂ – bis zu 40 % der Gase aus einem Schlot können Kohlendioxid sein. Aber nach Jahrhunderten oberflächlicher Aktivität begann sich Untergrund etwas weit Gefährlicheres zusammenzubrauen. Enorme, 1000 Fuß dicke Magmaschichten, die nicht an die Oberfläche gelangen konnten, breiteten sich seitlich durch tiefes Gestein aus wie glühende Wurzeln und erhitzten alles auf ihrem Weg. Zu diesem Zeitpunkt wurden die Bedingungen katastrophal.
Diese unterirdischen Magma-Eindringlinge brannten sich durch einen acht Meilen dicken Stapel alten russischen Gesteins im Tunguska-Becken. Diese geologische Schichttorte umfasste Überreste alter Salzebenen und Sandsteine, aber kritischerweise kohlenstoffreichen Kalkstein, Erdgasvorkommen aus alten Meeren und Kohle aus vergangenen Zeitaltern. Bei Kontakt entzündete das Magma diese fossilen Brennstoffe und kohlenstoffreichen Gesteine und löste massive Gasexplosionen aus, die das darüberliegende Gestein zerbrachen. An der Oberfläche brachen halbe Meilen breite Krater aus und setzten Gigatonnen von Kohlendioxid und Methan in die Atmosphäre frei.
Nach Hunderttausenden von Jahren typischer Oberflächeneruptionen hatten die Vulkane begonnen, den Untergrund zu durchbrennen. Der Sibirische Trapp brach in enormem Maßstab aus und wirkte wie enorme kohlebefeuerte Kraftwerke, Erdgasanlagen und Zementfabriken. Wie ein Wissenschaftler das Aussterben am Ende des Perms beschrieb: „Die Verbrennung von Kohle hätte eine unkontrollierte und katastrophale Freisetzung von Energie aus der planetaren Brennstoffzelle der Erde dargestellt.“ Diese Eruptionen setzten enorme Mengen CO₂ viel zu schnell frei, als dass der Planet sie hätte absorbieren können.
Hier ist eine wahrscheinliche Abfolge von Ereignissen am Ende der Perm-Zeit. Zuerst fing das überschüssige CO₂ mehr von der Sonnenenergie nahe der Erdoberfläche ein – ein grundlegender physikalischer Prozess, der Wissenschaftlern seit über 150 Jahren bekannt ist. Infolgedessen erwärmte sich der Planet über Tausende von Jahren um etwa 10 °C und trieb sowohl tierisches als auch pflanzliches Leben an seine Grenzen. Wärmere Luft hält auch mehr Feuchtigkeit – etwa 7 % mehr pro Grad Erwärmung –, also intensivierte sich der Wasserkreislauf, als die Temperaturen stiegen, was zu häufigeren und schwereren Stürmen führte.
Auch die Ozeane erwärmten sich, was ihren Sauerstoffgehalt reduzierte. Meerestiere, die bereits unter der Hitze litten, brauchten mehr Sauerstoff, nicht weniger. Als die Meere heißer und stagnierender wurden, begann das marine Leben abzusterben. Noch schlimmer wurde es, als sich atmosphärisches CO₂ als Kohlensäure im Ozean löste, den Säuregehalt erhöhte und das Karbonat erschöpfte, das viele Organismen zum Aufbau von Schalen verwenden. Meeresbewohner wurden schwach, krank oder konnten überhaupt keine Schalen mehr bilden.
Als das marine Leben zusammenbrach, begann das marine Nahrungsnetz zu zerfallen. An Land zerstörten Waldbrände Ökosysteme und setzten noch mehr CO₂ frei, während heftige Stürme die Kontinente peitschten. Trümmer vom Land spülten ins Meer und brachten Nährstoffe wie Phosphor mit, die massive Algenblüten antrieben. Wenn diese Blüten starben und sich zersetzten, verbrauchten sie noch mehr Sauerstoff und erstickten die Ozeane.
Während weiterhin CO₂ aus dem Sibirischen Trapp strömte, wurde der Planet heißer und trieb die Bedingungen über das hinaus, was komplexes Leben ertragen konnte. In diesen leblosen, sauerstoffarmen Meeren begannen alte anaerobe Bakterien – die keinen Sauerstoff zum Überleben benötigen – zu gedeihen. Einige dieser Bakterien nutzen Sulfat zur Energiegewinnung und setzen als Nebenprodukt giftigen Schwefelwasserstoff frei. Dieses Gas ist tödlich für sauerstoffatmendes Leben, wie man es heute in Güllegruben oder um Ölfelder wie denen im Perm-Becken von Texas sieht. Das Gift breitete sich durch den tiefen Ozean und in flachere Gewässer aus.
Die Welt wurde extrem heiß, sturmgepeitscht und weitgehend der Pflanzenwelt beraubt. Die Ozeane waren sauer, sauerstoffarm und emittierten giftige Gase von diesen alten Mikroben, die fast alles töteten, was ihnen in den Weg kam.
Weit entfernt von den Eruptionen, in einst bewaldeten Polarregionen wie Südafrika, flossen Flüsse, die einst durch verwurzelte Landschaften mäandrierten, jetzt schnell über kargen Boden. Flüsse schnitten sich verzweigte, ausufernde Kanäle in die abgetragene Landschaft. Unerträglich heiße, trockene Jahreszeiten verbrannten die Wälder, nur um von apokalyptischen Superstürmen abgelöst zu werden, die alles wegspülten. Die Tiere, die Millionen von Jahren in diesen verschwundenen Wäldern gediehen hatten, verschwanden ebenfalls. In den Fossilienaufzeichnungen erscheinen weltweit Pilzsporen, die den Zusammenbruch der Biosphäre markieren. Selbst Insekten
