Enhanced mercury accumulation links to terrestrial carbon mobilization during the PETM

Stellen Sie sich die Erde als ein riesiges, atmendes Haus vor. Manchmal bekommt das Haus Fieber, und die Temperatur steigt steil nach oben. Wissenschaftler nennen diese „Fieberzustände“ Hyperthermalen, und eines der berühmtesten davon ereignete sich vor etwa 56 Millionen Jahren, bekannt als das PETM. Während dieser Zeit wurde der Planet signifikant heißer, die Ozeane erwärmten sich und das Wetter spielte verrückt. Das große Rätsel für die Wissenschaft bestand schon immer darin: Was hat das Feuer entfacht? War es ein massiver Vulkanausbruch, der Gase aus der Tiefe ausstieß, oder geschah etwas an der Oberfläche, wie etwa das Verrotten von Wäldern oder das Schmelzen von Eis, das uralten Kohlenstoff freisetzte?

Um dies zu lösen, suchen Wissenschaftler oft nach „chemischen Fingerabdrücken“, die in den Gesteinen hinterlassen wurden. Einer der nützlichsten Fingerabdrücke ist Quecksilber. Betrachten Sie Quecksilber wie einen winzigen, unsichtbaren Farbstoff, der an organisches Material (wie Pflanzen und Boden) haftet und mit dem Wasser mitreist. Wenn Vulkane ausbrechen, setzen sie Quecksilber mit einer spezifischen „Signatur“ frei, die auf eine bestimmte Weise aussieht. Wenn Boden und Pflanzen Quecksilber freisetzen, sieht die Signatur anders aus. Durch die Messung der Menge an Quecksilber im antiken Schlamm und die Überprüfung seiner Signatur können Wissenschaftler feststellen, ob das Quecksilber von einem Vulkan oder durch die Erosion von Land stammte. Dies ist wichtig, denn wenn wir wissen, woher der Kohlenstoff während des PETM kam, können wir besser verstehen, wie unser eigener Planet reagieren könnte, wenn wir ihn heute weiter erwärmen.

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Die große Quecksilbersuche

In dieser Studie begab sich ein Team von Forschern auf eine Detektivmission zu den schlammigen Böden des Mittleren Atlantik-Schelfs, direkt vor der Küste von New Jersey und Maryland. Sie bohrten tief in den Boden, um Sedimentkerne zu bergen, die während des PETM abgelagert wurden. Ihr Ziel? Zu sehen, ob das Quecksilber im Schlamm die Geschichte eines vulkanischen Ausbruchs oder eines massiven Auswaschens des Landes erzählte.

Sie fanden einen riesigen Anstieg von Quecksilber. Während des PETM sprang die Menge an Quecksilber im Schlamm auf das Zwei- oder Dreifache der normalen Werte. Aber der wahre Hinweis war nicht nur, wie viel Queksilber vorhanden war, sondern welche Art es war. Die Forscher nutzten ein hochmodernes Werkzeug, um die „isotopische Signatur“ des Quecksilbers zu messen – denken Sie daran, wie man die „DNA“ des Quecksilbers überprüft.

Vor dem PETM hatte das Queksilber im Schlamm eine positive Signatur, was normalerweise bedeutet, dass es als Regen vom Himmel fiel (Nassdeposition). Aber genau zu Beginn des PETM drehte sich die Signatur um. Sie wurde scharf negativ. Dieses negative Zeichen ist der „Fingerabdruck“ von Quecksilber, das aus dem Boden kommt – speziell aus Boden, Pflanzen und antiken Gesteinen, die durch Flüsse weggespült wurden.

Das Paper argumentiert stark gegen die Vorstellung, dass dieses Quecksilber von Vulkanen stammte. Vulkanisches Quecksilber hat normalerweise eine neutrale oder leicht positive Signatur. Da das Queksilber im Schlamm negativ wurde, legen die Autoren nahe, dass es nicht aus der North Atlantic Igneous Province (der massiven vulkanischen Region, die oft dem PETM zugeschrieben wird) stammte. Stattdessen deutet es auf einen anderen Übeltäter hin: das Land selbst.

Der Erosions-Motor

Was verursachte also diese massive Freisetzung von Bodenquecksilber? Das Paper legt nahe, dass die Erde so heiß wurde, dass der Wasserkreislauf in den Überdrive geriet. Es regnete viel stärker, und die Vegetation, die normalerweise den Boden zusammenhält, begann abzusterven. Dies schuf den perfekten Sturm für Erosion. Die heftigen Regenfälle wuschen riesige Mengen an Oberboden und antike Sedimentgesteine von den Kontinenten weg und ließen sie in den Ozean stürzen.

Da Quecksilber es liebt, an Boden und organischem Material zu haften, brachte all dieser erodierte Dreck eine massive Ladung Quecksilber mit sich. Die Forscher nutzten ein Mischmodell (ein wenig wie einen Rezept-Rechner), um die Zutaten zu bestimmen. Sie schätzten, dass mehr als die Hälfte des Quecksilbers im Ozean während des PETM aus diesen terrestrischen Quellen stammte.

Das Kohlenstoff-Zählen

Hier wird es wirklich interessant. Den Forschern wurde klar: Wenn man weiß, wie viel Bodenquecksilber in den Ozean gespült wurde, kann man erraten, wie viel Kohlenstoff mitgereist ist. Boden und antike Gesteine sind voll von Kohlenstoff. Wenn dieser Kohlenstoff in den Ozean gespült wird und Sauerstoff ausgesetzt wird, verwandelt er sich in Kohlendioxid (CO₂).

Unter Verwendung ihrer Quecksilberdaten als Leitfaden berechnete das Team, wie viel Kohlenstoff freigesetzt worden sein könnte. Sie berechneten drei verschiedene Szenarien, um die Unsicherheit zu berücksichten:

• Das „passive“ Szenario: Eine niedrigere Schätzung, die darauf hindeutet, dass etwa 340 bis 395 Pg C (Petagramm Kohlenstoff) freigesetzt wurden.
• Das „durchschnittliche“ Szenario: Eine mittlere Schätzung von etwa 1.400 Pg C.
• Das „aktive“ Szenario: Eine Hochschätzung von bis zu 4.520 Pg C.

Das Paper legt nahe, dass unter einem durchschnittlichen Szenario etwa 1.400 Pg C freigesetzt wurden, und im Worst-Case-Szenario könnte es so hoch wie 4.520 Pg C gewesen sein. Um das in Perspektive zu setzen: Die gesamte Menge an Kohlenstoff, die während des gesamten PETM-Ereignisses freigesetzt wurde, wird auf etwa 10.200 Pg C geschätzt. Das bedeutet, dass die Landerosion und die Kohlenstofffreisetzung einen riesigen Teil – vielleicht fast die Hälfte – des gesamten Kohlenstoffs, der den Planeten erwärmte, ausgemacht haben könnten.

Das Fazit

Dieses Paper behauptet nicht, das gesamte Rätsel des PETM gelöst zu haben. Es stellt ausdrücklich fest, dass es auch andere Akteure gibt, wie vulkanische Gase und schmelzendes Methan, die ebenfalls dazu beitrugen. Die Quecksilber-Beweise liefern jedoch einen starken, unabhängigen Beweis dafür, dass das Land selbst eine massive Rolle spielte.

Die Geschichte, die die Autoren erzählen, ist die einer positiven Rückkopplungsschleife: Der Planet erwärmte sich, was zu mehr Regen und Vegetationsverlust führte, was wiederum zu massiver Erosion führte. Diese Erosion wusch antiken Kohlenstoff in den Ozean, wo er sich in CO₂ verwandelte, was den Planeten noch weiter erwärmte. Es ist ein außer Kontrolle geratener Zug des Klimawandels, angetrieben durch die Reaktion der Erdoberfläche auf die Hitze. Während die exakten Zahlen einen gewissen Spielraum lassen, ist die Richtung klar: Die Mobilisierung von terrestrischem Kohlenstoff war ein wesentlicher Treiber des PETM, und das Quecksilber im Schlamm ist der „Smoking Gun“, der dies beweist.