Montney-Formation: Bohrkern liefert präzise Zeitskala der Erholung des Lebens

Unter dem Nordosten von British Columbia fördern Bohrunternehmen seit Jahrzehnten Gas aus einem 250 Millionen Jahre alten Meeresboden. Dasselbe Gestein bewahrt zugleich die vollständigste erhaltene Chronik darüber, wie sich das Leben von der schlimmsten Massenaussterbung der Erdgeschichte erholte. Dieser zweite Umstand blieb lange nahezu unbeachtet.

Eine neue Untersuchung eines Bohrkerns aus diesem Gasfeld liefert nun die bislang präziseste Zeitskala für diese Erholung des Lebens. Die Forschenden bestimmten die exakten Zeitpunkte der einzelnen Entwicklungsschritte und stellten fest, dass ein unerwarteter Faktor das Erholungstempo bestimmte.

Eine Gesteinsuhr im Bohrkern lesen

Bei dem Gestein handelt es sich um die Montney-Formation, eine Folge uralter Meeresbodensedimente, die heute tief unter dem Nordosten von British Columbia liegt.

Im Zuge eines Bohrprojekts wurde ein durchgehender, fast 395 Meter langer Bohrkern geborgen. Seine Schichten liegen genau in der Reihenfolge übereinander, in der sie einst abgelagert wurden – ohne Unterbrechungen und ohne fehlende Abschnitte.

Diese Vollständigkeit ist außergewöhnlich und wissenschaftlich besonders wertvoll. Gesteine dieses Alters liegen meist offen an der Erdoberfläche, wo sie zerbrochen, verwittert und um Teile ihrer zeitlichen Abfolge gebracht wurden.

Mit solchen Aufschlüssen zu arbeiten, gleicht dem Lesen eines Buches, aus dem willkürlich Seiten herausgerissen wurden. Der Bohrkern der Montney-Formation hat dagegen die gesamte Geschichte unversehrt festgehalten.

Geleitet wurde das Forschungsteam von Chen Shen vom CNOOC Research Institute in Peking, der mit Fachleuten der University of Calgary (UCalgary) und der Western Carolina University zusammenarbeitete.

Das Team untersuchte den gesamten Kern mit einem Scanner, der Röntgenstrahlen auf das Gestein richtet und erfasst, welche chemischen Elemente zurückgestrahlt werden. So entstanden mehr als 37.000 Messungen – ungefähr eine pro Zentimeter – und über die gesamte Länge wurden 30 unterschiedliche Elemente bestimmt.

Was die Chemie der Montney-Formation offenbart

Aus diesen Messungen ergaben sich mehr als eine Million Datenpunkte, in denen sich allmählich Muster abzeichneten. Die Konzentrationen bestimmter Elemente stiegen und fielen Schicht für Schicht in gleichmäßigen Rhythmen, wie langsame Pulse im Gestein.

Diese Rhythmen haben ihren Ursprung im Weltraum. Die Erdumlaufbahn und die Neigung der Erdachse schwanken in regelmäßigen Zyklen von Zehntausenden bis Hunderttausenden Jahren und verändern dadurch, wie sich Sonnenlicht über den Planeten verteilt.

Diese Schwankungen beeinflussen das Klima, das wiederum seine Spuren in der Ablagerung von Sedimenten hinterlässt. Geologinnen und Geologen bezeichnen sie als Milanković-Zyklen; eine aktuelle Studie bestätigt, dass sie sich über Hunderte Millionen Jahre zurückverfolgen lassen.

Wer solche Zyklen in einem Bohrkern erkennt, erhält eine Uhr, die Ereignisse im Verlauf der Zeit aufgezeichnet hat. Die Forschenden glichen die chemischen Rhythmen des Montney-Kerns mit bekannten Orbitalzyklen ab.

Anschließend verankerten sie die gesamte Abfolge an einem festen Ausgangspunkt: einem weltweiten Meeresspiegelanstieg, der die Basis der Formation markiert und auf 252 Millionen Jahre datiert ist.

Eine präzisere Zeitskala

Durch diesen Anker wurde der Bohrkern zu einer Uhr, mit der sich die Grenzen zwischen den Abschnitten der frühen Trias datieren ließen. Diese Epoche war eine Phase der Erholung nach dem Massenaussterben am Ende des Perms, das auch als das Große Sterben bekannt ist.

Forschende gliedern diesen Zeitraum in benannte Intervalle, doch die exakten Alter der jeweiligen Übergänge blieben bislang frustrierend ungenau. Schätzungen für die Dauer des ersten Intervalls reichten von weniger als einer Million bis zu mehr als zwei Millionen Jahren.

Die neuen Altersangaben lassen deutlich weniger Spielraum. Das Ende der frühen Trias verortet das Team bei etwa 247 Millionen Jahren; jede interne Grenze ist auf ungefähr 100.000 Jahre genau festgelegt. Für Gestein dieses Alters ist das eine hohe Präzision.

Diese Zahlen stimmen mit unabhängigen Untersuchungen auf der anderen Seite des Planeten überein. Eine separate Datierungsreihe aus Gesteinen in Südchina entsprach den kanadischen Ergebnissen für das Ende des Zeitabschnitts bis auf 50.000 Jahre.

Zwei Archive, zwei Kontinente und zwei Methoden gelangen damit fast zum selben Ergebnis. Eine solche Übereinstimmung verleiht einer zuvor umstrittenen Zeitskala erhebliche Stabilität.

Die Verbindung zur Erdachsenneigung

Mit dieser laufenden Uhr konnte das Team untersuchen, was die Phasen beschleunigter und stockender Erholung bestimmte. Das Leben kehrte nicht einfach geradlinig zurück. Der Wiederaufstieg verlief langwierig und bruchstückhaft, immer wieder unterbrochen von Hitzespitzen und Perioden mit Sauerstoffmangel in den Ozeanen.

Ein Orbitalzyklus stach besonders hervor: Die Neigung der Erdachse schwankt in einem Zyklus von ungefähr 33.000 Jahren. Dieses Signal dominierte die Aufzeichnungen der Montney-Formation.

Veränderungen des Sauerstoffgehalts am Meeresboden und klimatische Umschwünge folgten dem Neigungszyklus eng. Das deutet darauf hin, dass das Schwanken des Planeten mitbestimmte, wann das Leben Fortschritte machen konnte und wann es wieder zurückgeworfen wurde.

Die chemischen Daten sprechen für diesen Zusammenhang, doch exakt zu klären, wie sich die Achsenneigung in Veränderungen der Ozeane übersetzte, ist schwieriger; zudem kann der Bohrkern nur einen begrenzten Teil zeigen. Eindeutig belegt er jedoch das Timing: Umweltveränderungen und Erholungsschritte folgten demselben orbitalen Takt.

Eine überraschende Kohlenstoffsenke

Der unerwartetste Befund liegt früh in der Abfolge, bei etwa 250,6 Millionen Jahren. An dieser Stelle zeigt das Gestein einen abrupten Anstieg winziger, kalkschaliger Organismen, die im offenen Wasser schwebten. Diese planktonischen Lebensformen bilden in großer Zahl harte Schalen, die sich als kalziumreiche Schichten erhalten.

Vor dieser Studie war dieser spezielle Schalenbildungsimpuls weder einem präzisen Zeitpunkt zugeordnet noch mit einer Ursache verknüpft worden. Der Montney-Bohrkern ermöglicht beides.

Offenbar entzog diese Blüte dem Wasser Kohlenstoff und band ihn im Meeresboden. Damit wurden diese mikroskopisch kleinen Schweber während der Erholungsphase zu einem bedeutenden Faktor im Kohlenstoffhaushalt des Planeten.

Dieses Detail verändert einen Teil der Erholungsgeschichte. Die Blüte nahm im Gleichschritt mit demselben Neigungszyklus zu und ab, der sich durch den übrigen Befund zieht. Das bedeutet, dass ein astronomischer Impuls möglicherweise eine bedeutende Kohlenstoffsenke ein- und ausschaltete, während sich der Ozean noch stabilisierte.

Die Gesteinsuhr des Bohrkerns schafft Präzision

Neu ist nicht die Erkenntnis, dass sich das Leben erholte, sondern die Genauigkeit der Datierung. Erstmals bestimmt ein einzelnes, ununterbrochenes Archiv von diesem Randbereich der antiken Welt die Schritte dieser Erholung und verbindet ihr Tempo mit einem konkreten Antrieb in der Erdumlaufbahn.

Die lange bestehende Unschärfe dieser Daten wurde auf rund hunderttausend Jahre eingegrenzt. Diese präzisere Uhr erweitert die Möglichkeiten für künftige Forschung.

Mit belastbaren Datierungen können Forschende Ereignisse vergleichen, die in weit voneinander entfernten Ozeanen stattfanden, und prüfen, ob sie gleichzeitig eintraten oder sich im Lauf der Zeit über den Globus ausbreiteten. Ihr Tempo wird damit messbar, statt nur schätzbar zu sein.

Die Bedeutung reicht über die Tiefenzeit hinaus. Diese Welt geriet durch rasche Erwärmung und sauerstoffarme Meere in eine Krise – dieselben Kräfte, die heute auf die Ozeane einwirken.

Ein klares Archiv darüber, wie lange das Leben damals für seine Erholung benötigte und was deren Geschwindigkeit steuerte, bietet Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern einen seltenen Test im Großmaßstab dafür, wie Ökosysteme auf einen solchen Schock reagieren.