Ein dünner Abschnitt eines karbonatreichen Kimberlits. (David Swart/Messengers of the Mantle Ausstellung) Der Kambrische Explosion – vor etwa 541 Millionen Jahren – kam das Leben und die Organismen auf dem Planeten Erde so richtig in Schwung. Jetzt haben neue Forschungen enthüllt, wie diese Explosion des Lebens Spuren tief im Erdmantel hinterlassen hat.
Für Wissenschaftler zeigt es das zusammenhängende Zusammenspiel zwischen der Erdoberfläche und dem, was darunter liegt, wenn Sedimente, die organisches Material enthalten, über riesige geologische Zeiträume hinweg unter die Erde gedrückt werden Subduktion .
Die neue Studie untersuchte seltene, mit Diamanten gefüllte Vulkangesteine, sogenannte Kimberlite. Wenn sie an die Oberfläche gedrückt werden, erzählen sie uns, was tief im Erdmantel passiert, und Forscher haben die Kohlenstoffzusammensetzung in 144 Proben gemessen, die an 60 Orten auf der ganzen Welt entnommen wurden.
Eine unter Geologen vorherrschende Ansicht ist, dass der in Diamanten eingeschlossene Kohlenstoff über große Zeitskalen von Hunderten von Millionen Jahren hinweg nicht wesentlich schwankt.
Doch hier stellten die Forscher vor etwa 250 Millionen Jahren eine Verschiebung im Verhältnis spezifischer Kohlenstoffisotope fest, etwa zu der Zeit, als Sedimente aus der kambrischen Explosion in den Erdmantel gefaltet wurden. Es handelt sich um eine Verschiebung, die möglicherweise durch die immensen Veränderungen im Kohlenstoffkreislauf in einer Zeit verursacht wird, in der die Biosphäre an Masse und Vielfalt zunahm.
„Diese Beobachtungen zeigen, dass biogeochemische Prozesse an der Erdoberfläche einen tiefgreifenden Einfluss auf den tiefen Erdmantel haben und offenbaren einen integralen Zusammenhang zwischen den tiefen und flachen Kohlenstoffkreisläufen.“ schreiben die Forscher .
Dieser Zusammenhang zwischen dem Kohlenstoffkreislauf nahe der Oberfläche und tiefer im Untergrund war nicht einfach zu messen – und tatsächlich hat er sich im Laufe der Milliarden von Jahren, in denen die Erde existiert, erheblich verändert, anstatt konstant zu bleiben.
Es scheint jedoch klar, dass im Sediment eingeschlossene tote Lebewesen durch Plattentektonik ihren Weg in den Erdmantel gefunden haben. Ihr Kohlenstoff bleibt mit anderem Material vermischt, bevor er schließlich durch Ereignisse wie Vulkanausbrüche wieder an die Oberfläche gelangt.
Der Zusammenhang wurde durch weitere Beobachtungen von Strontium und Hafnium in den Proben bestätigt. Sie stimmten mit dem Kohlenstoffmuster überein und schränkten die Anzahl der Möglichkeiten ein, wie diese Gesteinszusammensetzungen verändert wurden.
„Das bedeutet, dass die Signatur für Kohlenstoff nicht durch andere Prozesse wie Entgasung erklärt werden kann, da sonst die Isotope von Strontium und Hafnium nicht mit denen von Kohlenstoff korrelieren würden“, sagt der Geochemiker Andrea Giuliani von der ETH Zürich in der Schweiz.
Technisch gesehen haben wir es hier mit dem Sedimentsubduktionsfluss zu tun, und diese Details des Kohlenstoffkreislaufs sind wichtig, um zu wissen, was auf unserem Planeten passiert – insbesondere als die Auswirkungen der Klimakrise weiterhin zu spüren.
Neue Studien weiter mehr verraten darüber, wie Kohlenstoff aus der Atmosphäre entnommen und wieder in die Atmosphäre freigesetzt wird, insbesondere durch das kontinuierliche Recycling der tektonischen Platten, aus denen die Oberfläche des Planeten besteht.
Wissenschaftler wissen, dass relativ gesehen nur geringe Sedimentmengen durch Subduktionszonen jemals tief in den Erdmantel gedrückt werden, was bedeutet, dass Spuren der kambrischen Explosion einen direkten Weg in die Tiefen des Erdmantels genommen haben müssen.
„Dies bestätigt, dass das subduzierte Gesteinsmaterial im Erdmantel nicht homogen verteilt ist, sondern sich entlang bestimmter Flugbahnen bewegt“, sagt Giuliani .
„Die Erde ist wirklich ein komplexes Gesamtsystem.“ Und wir wollen dieses System nun genauer verstehen.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaftliche Fortschritte .