Atmosphärischer CO2‑Rückgang während des Emeishan‑Flutbasalt‑Vulkanismus

Wenn Vulkane den Planeten abkühlen

Die meisten von uns verbinden gewaltige Vulkanausbrüche mit planetarer Erwärmung: sie schleudern große Mengen Kohlendioxid (CO2) in die Luft und tragen so zu Ökokrisen und Massensterben bei. Diese Studie betrachtet eine solche urzeitliche Vulkanfolge im Südwesten Chinas und fördert eine überraschende Wendung zutage: während der intensivsten Lava‑Ausbrüche sank das atmosphärische CO2 deutlich. Zu verstehen, warum das geschah, liefert eine neue Perspektive darauf, wie der tiefe Erdmantel, die Oberflächenlandschaft, die Ozeane und das Klima über Millionen von Jahren zusammenwirken.

Ein riesiger Ausbruch mit einem rätselhaften Signal

Vor etwa 260 Millionen Jahren, in der Perm‑Zeit, schleuderte die Emeishan‑Large‑Igneous‑Province (LIP) über einige Millionen Jahre enorme Lavamengen an die Oberfläche. Dieses Ereignis fiel mit einer ernsthaften Krise des marinen Lebens zusammen, besonders für Riffbildner und andere flachwasserbewohnende Organismen. Das Standardbild ist, dass solche Eruptionen gewaltige CO2‑Mengen freisetzen, den Planeten erwärmen und Ökosysteme belasten. Direkte Hinweise darauf, wie sich das atmosphärische CO2 während des Emeishan‑Vulkanismus veränderte, fehlten jedoch bisher, sodass die Klimawirkung unklar blieb.

Urzeitliches CO2 aus molekularen Fossilien ablesen

Um vergangene CO2‑Werte zu rekonstruieren, entnahmen die Autorinnen und Autoren Proben aus marinen Gesteinen der Shangsi‑Sektion in Südchina, die den Zeitraum vor, während und nach den Emeishan‑Eruptionen abdecken. Statt sich allein auf die Chemie des Gesamtgesteins zu stützen, konzentrierten sie sich auf winzige molekulare Fossilien, die von Chlorophyll abstammen — konkret eine Verbindung namens Phytan. Das Verhältnis von leichtem zu schwerem Kohlenstoff in Phytan im Vergleich zu gleichzeitig vorkommenden Karbonatmineralen zeichnet auf, wie stark urzeitliche Algen beim Photosynthetisieren schwereren Kohlenstoff aussortierten. Diese Diskriminierung nimmt zu, wenn CO2 reichlich vorhanden ist, und nimmt ab, wenn CO2 knapp ist. Durch Kalibrierung dieser isotopischen „Fingerabdrücke“ mit modernen Beziehungen und unter Berücksichtigung von Temperatur‑ und Nährstoffeffekten erzeugte das Team eine hochauflösende Kurve des atmosphärischen CO2 über mehrere Millionen Jahre.

Ein CO2‑Abfall während der stärksten Lavaflut

Das resultierende Protokoll zeigt ein unerwartetes Muster. In der Zeit vor den Hauptausbrüchen lag das CO2 bei etwa 700 Teilen pro Million (ppm). Ab etwa 263,5 Millionen Jahren — just als sich die Vulkanprovinz entwickelte — fiel das CO2 kontinuierlich und erreichte gegen Ende der Haupt‑Flutbasalt‑Phase Werte um 350 ppm. Auffällig ist, dass dieser Tiefstand mit starken Quecksilberspitzen in den Sedimenten zusammenfällt, ein unabhängiges Zeichen intensiver vulkanischer Aktivität. Erst später, während kleinerer, aber explosiverer silikatischer Eruptionen, stieg das atmosphärische CO2 wieder auf etwa 1000 ppm, bevor es nach Abklingen des Vulkanismus auf rund 600 ppm zurückkehrte. Somit fiel die Phase mit der größten Lavaproduktion zeitlich mit einem erheblichen atmosphärischen CO2‑Rückgang zusammen — das Gegenteil dessen, was konventionelle Modelle vorhersagen.

Aufgehobene Meeresboden‑Gesteine als riesiger CO2‑Schwamm

Zur Erklärung dieses Paradoxons werfen die Autorinnen und Autoren einen Blick unter die Lava, auf die krustalen Grundlagen der Emeishan‑Provinz. Vor Beginn der großen Eruptionen stieg eine heiße Mantelplume aus der Tiefe auf und hob die darüberliegende Kruste an, wodurch eine breite Kuppel von Hunderten Kilometern Durchmesser und bis zu einem Kilometer Höhe entstand. Diese Hebung setzte mächtige Abfolgen von Karbonatgestein — ehemalige Meeresbodenkalke der Yangtze‑Plattform — Regen, Flüssen und chemischem Angriff aus. Während diese Karbonate verwitterten, entzogen sie der Atmosphäre CO2 und lieferten es gelöst den Ozeanen zu. Geochemische Tracer der Verwitterungsintensität, etwa Lithium‑Isotope und ein tonbasiertes Alterations‑Index, erreichen während desselben Intervalls wie der CO2‑Rückgang Maximumwerte und stützen diese Interpretation. Berechnungen legen nahe, dass die Erosion der gehobenen Karbonate eine CO2‑Menge gebunden haben könnte, die mit der gesamten Atmosphäre vergleichbar ist oder sie sogar übertraf, selbst wenn die Ozeane teilweise pufferten.

Warum sich diese LIP anders verhielt

Die Emeishan‑Lava selbst scheint zudem ungewöhnlich CO2‑arm zu sein im Vergleich zu vielen anderen Vulkanprovinzen, sodass die Eruptionen relativ bescheidene Gasmengen in die Luft eintrugen. Anders als bei den Sibirischen Trappen, wo Magma in mächtige, organisch reiche Sedimente vordrang und durch deren „Backen“ große Kohlenstoffmengen freisetzte, waren Emeishan‑Intrusionen größtenteils auf karbonathaltige Wirtsgesteine und eine begrenzte innere Zone beschränkt. Infolgedessen war die zentrale Kohlenstoffgeschichte weniger von massiver Degasung geprägt als von massiver Verwitterung, verstärkt durch Hebung in einem warmen, regenreichen Tropengürtel und durch die relativ träge Pufferung der Perm‑Ozeane. Zusammengenommen erlaubten diese Faktoren, dass die CO2‑aufnahme frisch freigelegter Kalksteine die vulkanischen Emissionen über mehrere Millionen Jahre überlagerte.

Vulkane und Klima neu denken

Für ein allgemeines Publikum lautet die Kernbotschaft: Gewaltige Vulkanepisoden treiben das Klima nicht immer in dieselbe Richtung. Im Emeishan‑Fall veränderte tiefenherkunftlicher Wärmefluss die Landschaft so, dass freigelegte Gesteine vorübergehend zu einem enormen CO2‑Schwamm wurden, obwohl gleichzeitig Lava die Oberfläche überschwemmte. Später kippten andere Eruptionsstile das Gleichgewicht wieder zugunsten von CO2‑Freisetzung. Diese Komplexität hilft zu erklären, warum einige große magmatische Provinzen mit katastrophalen Aussterbeereignissen zusammenfallen, andere hingegen nicht, und unterstreicht die Notwendigkeit, die gesamte Kette vom Mantelplume über Gebirgshebung, Erosion, Ozeanchemie und atmosphärische Veränderungen zu berücksichtigen, wenn man die Klimageschichte der Erde in tiefster Zeit liest.

Zitation: Shen, J., Zhang, Y.G., Yuan, DX. et al. Atmospheric CO₂ drawdown during the Emeishan flood basalt volcanism. Nat Commun 17, 1657 (2026). https://doi.org/10.1038/s41467-026-69600-z

Schlüsselwörter: urzeitliches Klima, große magmatische Provinzen, Kohlendioxid, Gesteinsverwitterung, Massensterben