Ein neuartiges chronostratigraphisches Rahmenwerk für die paläoklimatischen Ereignisse des Aptiums–Albiums

Wenn uralte Gesteine die Zeit verraten

Stellen Sie sich vor, Sie könnten die alte Klimageschichte der Erde so klar ablesen wie die Sekunden auf einer Uhr. Diese Studie tut genau das für eine 20‑Millionen‑Jahre‑Spanne der Frühkreide, etwa 120 bis 100 Millionen Jahre vor heute, als Dinosaurier die Erde bevölkerten und der Planet weitgehend eisfrei war. Indem sie einen einzelnen italienischen Bohrkern in eine Art geologischer Zeitmesser verwandeln, fixieren die Autorinnen und Autoren den Zeitpunkt dramatischer globaler Ereignisse – von sauerstoffarmen Ozeanen über Ausbruchsphasen vulkanischer Aktivität bis zu Meeresspiegeländerungen – und bestimmen deren Dauer. Diese präzisere Chronologie hilft Wissenschaftlern zu verstehen, wie schnell das Klimasystem der Erde sich verändern kann und warum.

Eine Welt steigender Meere und unruhiger Ozeane

Das Aptium–Albium war eine Zeit hoher Meeresspiegel, aktiver Vulkane und sich wandelnder Ozeanverbindungen. Während Kontinente auseinanderbrachen und neuer Meeresboden entstand, öffneten sich der Südatlantik und der Südozean, wodurch der globale Meeresspiegel stieg und die Meeresströmungen neu gestaltete wurden. Auf diesen langsamen tektonischen Hintergrund überlagerten sich kürzere Klima­schwankungen, die durch Änderungen der Erdbahn um die Sonne gesteuert waren. Die Ozeane wechselten zwischen gut mit Sauerstoff versorgten Zuständen und Episoden, in denen tiefere Wasserschichten sauerstoffarm wurden und dunkle, organisch reiche „Black Shales“ ablagerten. Diese sogenannten Oceanic Anoxic Events (OAE 1a bis 1d) fielen mit Phasen verstärkter vulkanischer Aktivität, Verschiebungen in Niederschlag und Abfluss sowie Umschlägen bei winzigen Planktonformen zusammen, die große Teile des Meeresbodensediments aufgebaut haben.

Ein natürliches Archiv im Herzen Italiens

Die Forschenden konzentrierten sich auf den Poggio le Guaine (PLG)-Bohrkern aus dem Umbria–Marche‑Becken in Mittelitalien, das einst Teil des Tethys‑Ozeans war. Dieser Kern bewahrt eine nahezu lückenlose Abfolge vom jüngsten Barremium bis in das frühe Cenomanium und erfasst alle vier großen anoxischen Ereignisse sowie sieben Abschnitte ungewöhnlich rötlicher Sedimente, bekannt als kreidezeitliche ozeanische Rotliegende. Schicht für Schicht zeichnet die PLG‑Sequenz den Wechsel von weißen, sauerstoffreicheren Kalken über dunkle Black Shales, die unter niedrigem Sauerstoffgehalt abgelagert wurden, bis hin zu rostfarbenen Schichten, die in oxidierenderen Gewässern entstanden sind. Fossile Planktonreste und kalkbildende Algen in diesen Lagen erlauben eine feine biostratigraphische Unterteilung, die weltweit zur Datierung kreidezeitlicher Gesteine verwendet wird.

Die Erdumlaufbahn als kosmisches Metronom nutzen

Um den PLG‑Sedimentstapel in eine hochpräzise Uhr zu verwandeln, maßen die Forschenden alle paar Zentimeter zwei magnetische Eigenschaften – magnetische Suszeptibilität und anhysteretische Remanentmagnetisierung. Diese Signale zeigen, wie viel feines magnetisches Mineral zum Meeresboden transportiert wurde und wie sich dies im Zeitverlauf änderte. Analysiert mit fortgeschrittenen Spektralwerkzeugen zeigen beide Aufzeichnungen ausgeprägte rhythmische Muster, die zu den bekannten Zyklen der Erdumlaufbahn passen, insbesondere zum sehr stabilen 405.000‑Jahres‑Zyklus der „langen Exzentrizität“. Durch die Ausrichtung dieser Zyklen an einer gut berechneten Orbitallösung und die Verankerung an einigen präzise datierten Ascheschichten sowie einer wichtigen magnetischen Umkehr (Chron M0r) bauten die Autorinnen und Autoren ein astronomisch justiertes Altersmodell über etwa 20 Millionen Jahre mit Unsicherheiten von ungefähr 200.000 Jahren auf.

Black Shales, Rotliegende und Klimaschwankungen festlegen

Mit dieser orbitalen Uhr überarbeiten und verfeinern die Autorinnen und Autoren die Datierung zahlreicher Schlüsselerereignisse der Frühkreide. OAE 1a, das auffälligste anoxische Ereignis, dauert demnach etwa 1,13 Millionen Jahre, beginnt nahe 119,5 Millionen Jahren vor heute und fällt mit einer langen vulkanischen Pulssituation zusammen, die durch Osmium‑Isotope belegt ist. OAE 1b erstreckt sich über ungefähr 2,7 Millionen Jahre und umfasst fünf kürzere Subereignisse mit einzeldauern von nur einigen Zehntausend bis einigen Hunderttausend Jahren; einige sind eng mit vulkanischen Signalen verknüpft, andere mit stärkeren Monsunen und Abflussereignissen. OAE 1c und 1d erweisen sich als längere, über mehrere Millionen Jahre reichende Episoden eher regionaler Anoxie. Zwischen und um diese dunklen Intervalle enthalten die Kernabschnitte Rotliegende, die sauerstoffreichere Bodenwassersituationen dokumentieren. Deren zeitliche Verteilung deutet darauf hin, dass sie mehr durch orbitale Zyklen und langfristige Änderungen in der Ozeanzirkulation moduliert wurden als allein durch Temperaturänderungen.

Den geologischen Kalender neu schreiben

Das neue Rahmenwerk schärft auch die Alter und Lebensdauern zahlreicher Fossil‑Markierzonen, die zur Datierung kreidezeitlicher Gesteine verwendet werden. Das Aptium wird auf etwa 7 Millionen Jahre und das Albium auf etwa 12,8 Millionen Jahre geschätzt, in guter Übereinstimmung mit der aktuellen geologischen Zeitskala, jedoch mit bedeutenden Verschiebungen für einzelne Biozonen. Die magnetische Umkehr Chron M0r, die zur Definition der Barremium–Aptium‑Grenze beiträgt, wird nun auf eine Dauer von etwa 430.000 Jahren geschätzt. Indem vulkanische Pulse, monsungesteuerte Veränderungen, Ablagerung von Black Shales und Rotliegende auf dieselbe präzise Zeitskala bezogen werden, zeigt die Studie eine enge Kopplung zwischen tiefen Erdprozessen, orbitaler Taktung und Ozeanchemie.

Was das für das Verständnis des Klimawandels bedeutet

Für Nicht‑Spezialisten lautet die Kernbotschaft: Klima und Ozeane der Erde können schnell – und wiederholt – auf vergleichsweise langsame Hintergrundveränderungen wie Kontinentalzerfall und Bahnparameter reagieren. Vulkanische Ausgasung, Verschiebungen im Niederschlag und sich wandelnde Ozeanverbindungen trieben das Klima der Frühkreide in Richtung Treibhauswärme, lieferten jedoch auch kühlere Phasen und dramatische Schwankungen des Sauerstoffgehalts im Meer. Durch den Aufbau des bislang detailliertesten Zeitgerüsts für Aptium–Albium verwandelt diese Arbeit ein zuvor verschwommenes Bild in eine hochauflösende Zeitleiste. Das erlaubt Wissenschaftlern, Ursachen und Wirkungen in vergangenen warmen Welten besser zu vergleichen und verbessert unsere Fähigkeit, einzuschätzen, wie sich die heutige rasche Klimaänderung auf Ozeane und Biosphäre auswirken könnte.

Zitation: Ramos, J.M.F., Savian, J.F., Franco, D.R. et al. A novel chronostratigraphic framework for the Aptian–Albian paleoclimate events. Sci Rep 16, 5862 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-35714-z

Schlüsselwörter: Klima der Frühkreide, ozeanische anoxische Ereignisse, Astrochronologie, kreidezeitliche Rotliegende, Poggio le Guaine-Bohrkern