Weit verbreitete Vulkanausbrüche vor etwa 202 Millionen Jahren hatten tiefgreifende Auswirkungen auf das Klima der Erde und lösten ein Massenaussterben aus, das drei Viertel der Arten des Planeten tötete, darunter viele große Reptilien. Doch Dinosaurier überlebten irgendwie und gediehen weiter.
Dinosaurier gelten oft als wärmeliebend, gut geeignet für die dampfende Gewächshausumgebung der Trias. Aber das Geheimnis ihres Überlebens könnte darin bestanden haben, wie gut sie an die Kälte angepasst waren, im Gegensatz zu anderen Reptilien der damaligen Zeit. Die warmen Federmäntel der Dinosaurier könnten den Kreaturen geholfen haben, relativ kurze, aber intensive Anfälle des vulkanischen Winters zu überstehen, die mit den massiven Eruptionen verbunden sind, berichten Forscher am 1. Juli Wissenschaftliche Fortschritte.
„Wir wissen seit einiger Zeit, dass es wahrscheinlich vulkanische Winter gab“, die mit den massiven Eruptionen in Verbindung gebracht wurden, sagt der Paläontologe Paul Olsen vom Lamont-Doherty Earth Observatory an der Columbia University. Zusammen mit Kohlendioxid spucken Vulkane Schwefelpartikel in die Atmosphäre, die den Himmel jahrelang verdunkeln und die globalen Temperaturen senken können – so wie der Berg Pinatubo auf den Philippinen nach seinem gewaltigen Ausbruch im Jahr 1991 (SN: 8.8.18). “Aber wie [such winters] in das Bild des Massensterbens am Ende der Trias zu passen, war sehr unklar.“
In der neuen Studie präsentieren Olsen und seine Kollegen den ersten physikalischen Beweis dafür, dass solche Winter nicht nur am Ende der Trias auftraten, sondern auch, dass Dinosaurier dort waren, um sie zu überstehen. An einem Ort namens Junggar-Becken, der am Ende der Trias hoch am Polarkreis gefunden wurde, identifizierte das Team Gesteinsfragmente, die nur von altem Eis neben den Fußspuren von Dinosauriern abgelagert worden sein können.
„Es gibt ein Klischee, dass Dinosaurier immer in üppigen tropischen Dschungeln lebten“, sagt Stephen Brusatte, ein Paläontologe an der Universität von Edinburgh, der nicht an der neuen Studie beteiligt war. „Aber diese neue Forschung zeigt überzeugend, dass die höheren Breiten während Teilen des Jahres gefroren und sogar mit Eis bedeckt gewesen wären“, sagt er zu Beginn des Aufstiegs der Dinosaurier.
Die Trias endete mit einem Knall, der vor etwa 202 Millionen Jahren begann, als der Superkontinent Pangäa zu zerbrechen begann. Massive Vulkanausbrüche brachen aus, als sich die Kruste aufspaltete und ein Becken öffnete, das zum Atlantischen Ozean wurde. Die gehärtete Lava dieser Eruptionen erstreckt sich jetzt über 7 Millionen Quadratkilometer in Afrika, Europa sowie Nord- und Südamerika und bildet eine Gesteinssequenz, die zusammen als Central Atlantic Magmatic Province oder CAMP bekannt ist.
Der Kohlendioxidgehalt war während der späten Trias und des frühen Jura extrem hoch, von denen heute angenommen wird, dass ein Großteil davon durch diese Eruptionen in die Atmosphäre gepumpt wurde. Es wurde angenommen, dass sich die Erde infolgedessen in einem dampfenden Treibhauszustand befunden hat. Diese Hypothese wird durch die Tatsache unterstützt, dass es zu diesem Zeitpunkt keine Hinweise auf polare Eisschilde gibt; Stattdessen erstreckten sich dichte Wälder bis zu den Polen.
Das Junggar-Becken im heutigen Nordwesten Chinas war eine solche Region, die mit Wäldern aus Nadel- und Laubbäumen bedeckt war, die entlang eines riesigen alten Sees wuchsen. Dinosaurier lebten dort mit Sicherheit: Bislang wurden an der Stelle keine Knochen entdeckt, aber viele Fußspuren der Kreaturen sind in den seichten Wasserschluff- und Sandsteinen erhalten, die sich am Grund des Sees gebildet haben.
Die neuen Daten deuten darauf hin, dass – trotz des extrem hohen CO2 Ebenen – diese Region erlebte auch harte, kalte Winter, wobei der See zumindest teilweise zugefroren war. Der Beweis stammt von denselben Felsen, die die Fußabdrücke tragen. Bei der Analyse der Verteilung der Korngrößen im Gestein stellten die Forscher fest, dass ein großer Teil der Körner nicht Teil des ursprünglichen Seeschlamms waren, sondern von anderswo dorthin getragen worden waren.
Die wahrscheinlichste Erklärung, sagt Olsen, ist, dass diese Körner „von Eis geflößte Trümmer“ sind – ein bekanntes Phänomen, bei dem Felsbrocken entlang einer Küstenlinie an der Eisbasis gefrieren und dann mit dem Eis mitfahren treibt schließlich ins offene Wasser. Wenn das schwimmende Eis schmilzt, sinken die Gesteinsbrocken und lagern sich auf neuem Territorium ab.
Vulkanische Winter können Dutzende oder sogar Hunderte von Jahren dauern, sagt Olsen, je nachdem, wie lange Vulkane ausbrechen. In diesem Fall deuten die riesigen Lavaplatten, die mit den CAMP-Eruptionen verbunden sind, auf Eruptionsimpulse von mindestens Zehntausenden von Jahren hin, vielleicht sogar von einer Million Jahren. Das hätte die Winter lange am Laufen halten können – lange genug, um viele weniger gut isolierte Reptilien vom Erdboden zu vertreiben, fügt er hinzu. Episoden dieser eisigen Bedingungen könnten sich sogar bis in die Tropen erstreckt haben, sagt das Team.
Hinweise auf Federn wurden in den Fossilien vieler Arten von Dinosauriern gefunden, von fleischfressenden Theropoden bis hin zu pflanzenfressenden Ornithischianern. Jüngste Berichte, dass fliegende Reptilien, die Pterosaurier genannt werden, auch Federn hatten, deuten nun darauf hin, dass der isolierende Flaum schon länger da ist als gedacht – möglicherweise schon vor 250 Millionen Jahren in einem gemeinsamen Vorfahren von Dinosauriern und Pterosauriern (SN: 29.4.22).
Dank dieser isolierenden Federn konnten Dinosaurier die langen Winter überleben, die während des Massensterbens in der Trias folgten, sagen Olsen und Kollegen. Dinosaurier könnten sich dann während des Jura schnell ausbreiten und Nischen besetzen, die von weniger robusten Reptilien freigelassen wurden.
Diese Studie „zeigt, wie komplex es ist, nicht nur den Erfolg bestimmter Gruppen, sondern auch die Ursachen und Auswirkungen von Massensterben zu entwirren“, sagt der Paläontologe Randall Irmis von der University of Utah in Salt Lake City, der nicht an der Studie beteiligt war. „Darüber besteht ein ziemlich guter Konsens [the CAMP eruptions are] die Ursache des Massensterbens – aber es gibt viele Feinheiten, die wir nicht gewürdigt haben.“
Dass die damals im hohen Norden lebenden Dinosaurier aufgrund ihrer federleichten Isolierung überleben konnten, macht Sinn, sagt Irmis. Aber ob sich ein durch Verdunkelung verursachter vulkanischer Winter weit genug nach Süden erstreckt haben könnte, um auch die Tropen einzufrieren – was den Dinosauriern dort einen ähnlichen Vorteil verschafft hat – ist noch nicht klar. „Das Dimmen ist ein globaler Effekt, aber wie sich das auswirkt, ist an den Polen viel schwerwiegender als in niedrigen Breiten.“
Federn sind wahrscheinlich nur einer von vielen Gründen, warum sich die Dinosaurier zu Beginn des Jura diversifizierten und schnell über den Globus verbreiteten, sagt Irmis. „Es gibt viele Gründe, warum sie zu einer so erfolgreichen Gruppe wurden.“