Hitze und Dürre haben die Wälder längst vernichtet, Farne überziehen die Landschaft. Längere Zeit hat es nicht geregnet. Ein Funke genügt, um die trockenen Farnwedel zu entzünden. Rauch verdunkelt den Himmel. Asche regnet auf die Erde.

Was wie eine Szene aus einem Katastrophenfilm klingt, könnte sich so einst tatsächlich abgespielt haben – möglicherweise über Zehntausende Jahre immer wieder. Neue Analysen fossiler Pollen und Sporen zeichnen das Bild einer Welt, in der sich Feuer und die Ausbreitung von Farnen gegenseitig verstärkt haben könnten.

Das berichtet ein internationales Team unter Leitung von Geologen der Universität Utrecht im Fachmagazin „Nature Geoscience“. Die Forscher hatten Sedimentmaterial aus vier Bohrkernen untersucht und dabei ein Fenster in eine unwirtliche Umbruchphase der Erdgeschichte geöffnet.

Am Ende der Trias vor rund 200 Millionen Jahren begann der Urkontinent Pangäa auseinanderzubrechen, was mit einem starken Vulkanismus verbunden war. Enorme Mengen Kohlendioxid wurden dabei freigesetzt. Es kam zu einer globalen Erwärmung von fünf bis zehn Grad Celsius.

Für die dann folgenden Veränderungen interessierten sich die Forscher nun besonders: Das wärmere Klima setzte den Wäldern stark zu. Stattdessen breiteten sich Farne aus und bildeten großflächige Savannen, die weite Teile des heutigen Nordwesteuropas bedeckt haben dürften. Den Analysen zufolge waren diese Landschaften besonders anfällig für Feuer.

Um frühere Brände zu rekonstruieren, erfassten die Forscher in den Sedimentkernen zunächst fossile Holzkohle sowie sogenannte polyzyklische aromatische Kohlenwasserstoffe (PAK). Das sind organische Moleküle, die bei der unvollständigen Verbrennung oder starken Erhitzung organischen Materials entstehen, weshalb sie als Hinweis auf Brände gewertet werden können. So identifizierten die Forscher Phasen mit besonders intensiver Brandaktivität.

Allerdings ist die Aussagekraft dieser Indikatoren begrenzt, da PAKs durch Wind und Wasser auch über größere Distanzen transportiert und im Laufe der Zeit umgelagert worden sein könnten. Deshalb nutzte das Team sogenannte Palynomorphe, winzig kleine Fossilien wie Pollen und Sporen, als einen zusätzlichen Indikator und entwickelte den Palynomorph-Dunkelheitsindex. Er misst, wie stark fossile Pollen und Sporen nachgedunkelt sind.

Dazu fotografierten die Forscher die winzigen organischen Fossilien unter einem Lichtmikroskop. Aus den Farbwerten berechneten sie einen durchschnittlichen Grauwert, der Proben aus unterschiedlichen Tiefen und von verschiedenen Standorten vergleichbar macht. Insgesamt entstanden rund 15.000 Messungen.

Normalerweise werden organische Mikrofossilien umso dunkler, je tiefer sie versenkt und je stärker sie im Laufe der Erdgeschichte erhitzt wurden. In allen vier Bohrkernen zeigte sich jedoch ein völlig anderes Muster.

Die dunkle Spur des Feuers

Die älteren, tiefer liegenden Pollen und Sporen waren relativ hell. Genau in den Schichten vor rund 200 Millionen Jahren wechselte ihre Farbe zu einem stockdunklen Braun. Danach wurden die Mikrofossilien wieder gelblich.

Weil die vier untersuchten Bohrkerne aus vier verschiedenen Sedimentbecken stammen, die sehr unterschiedliche geologische Entwicklungen durchlaufen haben, lässt sich die gleichzeitige dunkle Zone nicht allein durch Prozesse wie Druck oder Temperatur erklären. Sie dürfte nach Einschätzung der Forscher vielmehr auf einen anderen äußeren Einfluss zurückgehen.

Den entscheidenden Hinweis lieferte der Vergleich mit den anderen Brandmarkern. Die dunkle Zone fällt zeitlich mit erhöhten Mengen an Holzkohle und PAK zusammen – und mit einer auffälligen Zunahme von Farnsporen. Sowohl Baumpollen als auch die Sporen verschiedener Farngruppen zeigen denselben Farbeffekt.

Damit ist es auch unwahrscheinlich, dass eine besondere Eigenschaft einzelner Pflanzenarten die Verdunkelung verursachte. Nach Ansicht des Teams sprechen die Daten vielmehr für lang anhaltende, intensive Landschaftsbrände während der sogenannten Farnblüte.

In den infolge des Klimawandels verwüsteten Landschaften hatten sich vor allem Farne ausgebreitet. Farne können sich an extreme Umgebungen anpassen und nach einem Feuer rasch wieder austreiben. Bas van de Schootbrugge, einer der Hauptautoren der Studie, sagt: „Man kann Farne getrost als wahre Katastrophenpflanzen bezeichnen.“

Es entstanden ausgedehnte Farnsavannen. Wenn Farne austrocknen, bilden die dichten Matten den idealen Brennstoff für gewaltige Vegetationsbrände“, erklärt van de Schootbrugge.

Als die Erde nicht zur Ruhe kam

So könnte eine verhängnisvolle Rückkopplung begonnen haben: Feuer beseitigte Bäume und Sträucher, Farne breiteten sich auf den offenen Flächen weiter aus und lieferten immer neuen Brennstoff für noch mehr Feuer. „Eine wahrlich höllische Welt“, beschreibt van de Schootbrugge die damaligen Umweltbedingungen.

Abhängig von der Datierung und den angenommenen Sedimentationsraten dürfte diese Phase der Farnblüte mindestens 40.000, möglicherweise sogar bis zu 300.000 Jahre gedauert haben, schätzen die Forscher. Die Erde verharrte also über längere Zeit in einem instabilen Zustand, der weitreichende Folgen hatte.

Das Ende der Trias war verbunden mit einem Massensterben, das zu den fünf größten biologischen Krisen der Erdgeschichte zählt. Viele Tiergruppen verschwanden oder verloren einen großen Teil ihrer Vielfalt. Frühe Dinosaurier gehörten zu den Überlebenden.

Das Aussterben konkurrierender Reptiliengruppen dürfte dazu beigetragen haben, dass sich Dinosaurier im Jura weiter ausbreiteten. Sie besetzten neue ökologische Nischen und stiegen zur dominierenden Wirbeltiergruppe an Land auf.

Die damaligen Dimensionen und Ursachen des Umbruchs lassen sich nicht unmittelbar auf die Gegenwart übertragen. Van de Schootbrugge sieht darin aber zumindest eine Warnung für heute: „Die Kombination aus Klimawandel, Entwaldung und Ausbreitung besonders angepasster Arten liefert die Zutaten für einen perfekten Sturm.“

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