Nach dem Einschlag des massiven Asteroiden vor 66 Millionen Jahren – nachdem die Erdbeben, Tsunamis und Brände erloschen waren – hätten sich die verbleibenden Bewohner der Erde am Leben klammern können, als der Planet in Dunkelheit gehüllt wurde, laut neuen Forschungsergebnissen.
Computermodelle zeigen, dass diese Dunkelheit unglaubliche zwei Jahre gedauert hätte, in denen Photosynthese unmöglich gewesen wäre, die Temperaturen gesunken wären und Meereslebewesen umgekommen wären, als ein Schlüsselkreislauf in der Nahrungskette ausgelöscht wurde.
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Dies weist nicht nur darauf hin, warum so viele Kreaturen während des K-Pg-Aussterbens in der Kreide-Paläogen-Periode verschwanden, sondern erklärt auch in gewisser Weise, wie eine kleine Minderheit überlebt hat.
Wissenschaftler haben früher geschätzt, dass am Ende der Kreidezeit mehr als drei Viertel aller Arten auf der Erde, einschließlich aller Nicht-Vogel-Dinosaurier, gleichzeitig mit einem großen Asteroideneinschlag auf der heutigen Halbinsel Yucatán verschwanden. P>
Die Kollision hätte Erdbeben, Tsunamis und Vulkanausbrüche ausgelöst und es wird angenommen, dass verdampftes Gestein und Ruß hoch über die Erdoberfläche geschleudert wurden, wo sie zu Partikeln kondensierten, die als Kügelchen bekannt sind. Als diese Kügelchen auf die Erde zurückfielen, wären sie durch Reibung erhitzt worden und hätten globale Brände verursacht, die die Erdoberfläche gegrillt hätten.
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Die neuesten Forschungsergebnisse machen dort weiter, wo diese Geschichte aufgehört hat.
„Das Aussterben vieler großer Tiere an Land könnte durch die unmittelbaren Folgen des Aufpralls verursacht worden sein, aber Tiere, die in den Ozeanen lebten oder solche, die sich in den Untergrund graben oder vorübergehend unter Wasser schlüpfen konnten, hätten überlebt“, sagte Hauptautor Charles Bardeen vom Nationalen Zentrum für Atmosphärenforschung (NCAR). „Unsere Studie greift die Geschichte nach den ersten Auswirkungen auf – nach den Erdbeben und den Tsunamis und dem Broiling. Wir wollten die langfristigen Folgen der Menge an Ruß untersuchen, die unserer Meinung nach entstanden ist, und was diese Folgen für die zurückgelassenen Tiere bedeutet haben könnten.“
In früheren Studien haben Forscher die Menge an Ruß geschätzt, die von globalen Waldbränden nach dem Aussterben verursacht wurde, indem sie Ablagerungen in Gestein gemessen haben. Bardeen und seine Kollegen Rolando Garcia, Andrew Conley und Owen Brian Toon von der University of Colorado Boulder verwendeten das NCAR-basierte Community Earth System Model (CESM), um stattdessen die Auswirkungen des Rußes auf das globale Klima in der Zukunft zu simulieren.
Die Auswirkungen auf die Erdoberfläche
Um die Empfindlichkeit des Klimas gegenüber mehr oder weniger ausgedehnten Bränden zu quantifizieren, verwendeten die Forscher die neuesten Schätzungen der Menge an feinem Ruß, die in der nach dem Einschlag zurückgebliebenen Gesteinsschicht (15.000 Millionen Tonnen) sowie größeren und kleineren Mengen gefunden wurden.
In ihren Simulationen bildete von der Sonne erhitzter Ruß schließlich eine Barriere, die den Großteil des Sonnenlichts daran hinderte, die Erdoberfläche zu erreichen. „Zuerst wäre es ungefähr so dunkel gewesen wie eine Mondnacht“, sagte Toon.
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In dieser Zeit hätte es für mehr als anderthalb Jahre nicht genug Sonnenlicht gegeben, um Photosynthese zu betreiben. Die Mehrheit der Pflanzen an Land wäre bei den Bränden verbrannt worden, sodass alle, die überlebt hätten, sowie Phytoplankton in den Ozeanen, unter diesen harten Bedingungen ums Überleben gekämpft hätten. Der Verlust dieser winzigen Organismen hätte einen Welleneffekt durch den Ozean gehabt und schließlich viele Arten von Meereslebewesen vernichtet.
Dieser simulierte Sonnenlichtverlust hätte zusätzlich zu einem starken Rückgang der Durchschnittstemperaturen an der Erdoberfläche geführt, mit einem Abfall von 28 °C (50 °F) über Land und 11 °C (20 °F) über den Ozeanen. Darüber hinaus hätten diese Ergebnisse auch bei den niedrigeren Schätzungen der Rußkonzentrationen – rund 5.000 Millionen Tonnen – noch gegolten. Diese Werte hätten die Photosynthese für mindestens ein Jahr blockiert.
Die Auswirkungen auf die Erdatmosphäre
Jenseits der Erde, während die Oberflächentemperatur unseres Planeten sank, hätte sich die Atmosphäre weiter oben in der Stratosphäre erwärmt, da der Ruß das Licht der Sonne absorbierte. Diese wärmeren Temperaturen zerstörten das Ozon, wodurch große Mengen an Wasserdampf in der oberen Atmosphäre gespeichert wurden, der in der Stratosphäre reagierte, um Wasserstoffverbindungen zu erzeugen und die Zerstörung weiter anzuheizen. Ein Ozonverlust hätte dazu geführt, dass schädliche Dosen ultravioletten Lichts die Erdoberfläche erreichen, nachdem sich der Ruß entfernt hat.
Zur Überraschung der Wissenschaftler half dieser Wasserdampf umgekehrt, indem er den Ruß aus der Atmosphäre entfernte. Als sich der Ruß aus der Stratosphäre absetzte, begann die Luft abzukühlen. This cooling, in turn, caused water vapor to condense into ice particles, which washed even more soot out of the atmosphere. As a result of this feedback loop, the thinning soot layer disappeared in just a few months.
The “nuclear winter” scenario
There are limitations to these findings, though. While the scientists believe their study gives a robust picture of how large injections of soot into the atmosphere can affect the climate, the simulations were run in a model of modern-day Earth.
This model doesn’t accurately represent what Earth looked like during the Cretaceous Period, when the continents were in slightly different locations. The atmosphere 66 million years ago also contained different concentrations of gases, including higher levels of carbon dioxide.
Additionally, the simulations didn’t try to account for volcanic eruptions or sulphur released from the Earth’s crust at the site of the asteroid impact, which would have resulted in an increase in light-reflecting sulphate aerosols in the atmosphere.
“An asteroid collision is a very large perturbation – not something you would normally see when modelling future climate scenarios,” Bardeen said. “So the model was not designed to handle this and, as we went along, we had to adjust the model so it could handle some of the event’s impacts, such as warming of the stratosphere by over 200˚C.”
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That said, these findings could be useful to scientists when modelling a “nuclear winter” scenario. Like global wildfires millions of years ago, the explosion of nuclear weapons could similarly inject large amounts of soot into the atmosphere, which could lead to a temporary global cooling.
“The amount of soot created by nuclear warfare would be much less than we saw during the K-Pg extinction,” Bardeen said. “But the soot would still alter the climate in similar ways, cooling the surface and heating the upper atmosphere, with potentially devastating effects.”
These new details about how the climate could have dramatically changed following the impact of a 10km-wide asteroid have been published in the Proceedings of the National Academy of Sciences . The study was carried out with support from NASA and the University of Colorado Boulder.