Essigartiger saurer Regen ist möglicherweise während des schlimmsten Aussterbens der Erde gefallen

Vor ungefähr einer Viertelmilliarde Jahren traf eine Apokalypse die Erde. Bekannt als das große Sterben, forderte es mehr Menschenleben als jedes andere der Wissenschaft bekannte Massensterben, einschließlich des vor 65 Millionen Jahren bei den Nicht-Vogel-Dinosauriern. Über 90 Prozent aller Arten auf dem Planeten wurden ausgelöscht, angefangen von gepanzerten Trilobiten in den Ozeanen bis hin zu riesigen Reptilien an Land. Das Heer fremder Kreaturen verschwand und machte den Vorfahren der modernen Flora und Fauna Platz.

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Was die Katastrophe verursachte, war lange umstritten - Theorien reichen von einem Asteroideneinschlag bis hin zu Mikroben, die Methan rülpsen. Das populärste Szenario beginnt mit Vulkanen im heutigen Sibirien, die ungefähr zum richtigen Zeitpunkt ausbrachen, um eine Kaskade von Problemen, einschließlich des Klimawandels, auszulösen. Jetzt hat ein Forscherteam physikalische Beweise dafür gefunden, dass extrem ätzender saurer Regen, der durch diese massiven Eruptionen verursacht wurde, zum Verlust von Menschenleben beigetragen haben könnte.

„Zum ersten Mal können wir sagen, dass Böden aus dieser Zeit einen ähnlichen Säuregehalt wie Essig hatten“, sagt Mark Sephton, Geologe am Imperial College London, dessen Team den Befund im Februar in der Zeitschrift Geology veröffentlichen wird.

Sephton und seine Kollegen untersuchten Spuren antiker Böden in Gesteinsschichten, die bis zum Aussterben zurückreichen, das am Ende der Perm-Periode vor etwa 250 Millionen Jahren stattfand. Zu dieser Zeit waren alle Landmassen der Welt mit dem Superkontinent Pangaea verwachsen. Die Gesteine, die im heutigen Norditalien ausgegraben wurden, enthielten eine besonders faszinierende Substanz: Vanillin, dasselbe Molekül, das Vanille seinen Geschmack und sein Aroma verleiht.

Mark Sephton und Co-Autorin Cindy Looy untersuchen die permantriassische Grenze im italienischen Butterloch Canyon. (Mit freundlicher Genehmigung von Mark Sephton)

Vanillin wird auf natürliche Weise von Pflanzen produziert und ist in Holz enthalten. Aber es sollte nicht lange alleine im Boden überleben, wo Bakterien Enzyme freisetzen, die es abbauen. Noch überraschender war es, bedeutende Mengen zu finden, die über Hunderte von Millionen von Jahren erhalten geblieben waren.

"Es ist sicherlich ungewöhnlich", sagt Tim Bugg, ein biologischer Chemiker an der Universität von Warwick, der nicht an der Studie beteiligt war. "Zu sehen, wie sich Vanillin ansammelt, deutet wahrscheinlich auf einen Mangel an bakterieller Abbauaktivität hin."

Um die Lethargie der Bakterien zu erklären, ließen sich die Forscher von der Milchindustrie inspirieren. Milcherzeuger würzen ihre Getränke häufig mit einer Prise Vanille. Experimente haben gezeigt, dass säuernde Milch den Zusatzstoff schützt und den Geschmack verlängert, da der niedrige pH-Wert die Enzyme deaktiviert, die sonst gegen Vanillin wirken würden.

Die Aktivität von Bodenbakterien in freier Wildbahn könnte ähnlich säureempfindlich sein, was auch erklären würde, warum die italienischen Gesteine ​​relativ geringe Mengen einer Chemikalie namens Vanillinsäure enthielten, die tendenziell von Vanillin-fressenden Bakterien produziert wird. „Unsere Daten stimmen mit der Vorstellung überein, dass saurer Regen die Funktionsfähigkeit der Mikroben beeinträchtigte“, sagt Henk Visscher, Paläoökologe an der Universität Utrecht in den Niederlanden und Mitglied des Sephton-Teams.

Studien über sauren Regen, der im 20. Jahrhundert hauptsächlich durch Kraftwerke zur Verbrennung fossiler Brennstoffe erzeugt wurde, haben gezeigt, dass er die Ökosysteme stören kann. Der giftige Niederschlag entzieht dem Boden Nährstoffe und schädigt die Pflanzen. Ein Vegetationsverlust hätte nach Septhons Spekulationen zu einer weitverbreiteten Erosion und zu einem Mangel an Nahrungsmitteln führen können, was den Lebewesen in der Nahrungskette das Leben schwer gemacht hätte.

Eine lichtmikroskopische Aufnahme zeigt die durch sauren Regen an einem Fichtenblatt verursachten Gewebeschäden. (Wissenschaftsfotobibliothek / Corbis)

Das Ergebnis ist eine willkommene Neuigkeit für Benjamin Black, jetzt Geologe an der University of California in Berkeley. Während seiner Zeit am MIT half er bei der Erstellung einer Computersimulation, die die Menge und den Schweregrad des sauren Regens abschätzte, der durch die sibirischen Eruptionen hätte verursacht werden können. "Als ich diese Vorhersage machte, hoffte ich, dass wir Wege finden würden, sie zu testen", sagt Black.

Das 2013 veröffentlichte Modell deutete darauf hin, dass das durch die Eruptionen freigesetzte Kohlendioxid den pH-Wert des Regens auf etwa 4, die Säure des Tomatensafts, hätte senken können. Fügen Sie Schwefeldioxid hinzu, eine weitere häufig vorkommende vulkanische Emission, und der Säuregehalt hätte sich um das Hundertfache verschlechtern können - die nördliche Hemisphäre hätte durch Regengüsse so sauer wie unverdünnter Zitronensaft gereinigt werden können.

„Es kann kein Zufall sein, dass Vanillin genau zu diesem Zeitpunkt auftaucht“, sagt Greg Retallack, ein Paläobotaniker an der University of Oregon, der nicht an der Forschung beteiligt war. Er warnt jedoch davor, dass diese neue und ungewohnte Herangehensweise an die Erforschung alter Böden sorgfältig geprüft werden muss. Retallack fragt auch, ob die Schwefeldioxidemissionen der sibirischen Vulkane eine solche globale Auswirkung gehabt haben könnten. Der Schadstoff bildet normalerweise schwere Aerosolpartikel, die aus dem Himmel regnen und die Reichweite einschränken.

Der starke saure Regen, den Sephtons Team vorschlug, könnte stattdessen auf einen kleineren Ausbruch in der Nähe des untersuchten Ortes zurückzuführen sein, schlägt Retallack vor. Eine andere Möglichkeit besteht darin, dass Mikroben unter bestimmten Bedingungen Schwefelsäure produzieren und ihre Umgebung von selbst ansäuern können. In jedem Fall wäre der Einbruch des Boden-pH auf die Region beschränkt gewesen.

Um den Fall einer weltweiten Säure-Regen-Epidemie zu bekräftigen, muss man möglicherweise weiter in die Ferne blicken. Spuren alter Böden aus der Zeit des großen Todes sind nicht nur in Italien, sondern auch in Ländern wie China und Grönland aufgetaucht. Zukünftige Studien könnten prüfen, ob diese Steine ​​auch einen Hauch von Vanille enthalten.