Vulkanisch-hydrothermale Phosphor‑Pulse förderten die Oxi­dation der Ozeane während der ediakaren Phosphogenese in Südchina

Alte Meere und die Luft, die wir atmen

Heute hält der in unserer Luft enthaltene Sauerstoff stillschweigend jeden Atemzug am Leben, doch vor mehr als 600 Millionen Jahren standen die Ozeane erst am Anfang dieser Verwandlung. Diese Studie untersucht Gesteine aus Südchina und stellt eine zentrale Frage: Wie halfen Nährstoffe im Urmeer, die zum Teil von Vulkanen geliefert wurden, dabei, die Erde von einer sauerstoffarmen Welt in eine Umgebung zu verwandeln, die komplexe Tiere tragen konnte?

Hinweise in phosphatreichen Gesteinen

Die Forschenden konzentrierten sich auf Phosphorite, also phosphorreiche Gesteine, die im ediakaren Doushantuo‑Formation an einer Fundstelle namens Longxi in Südchina erhalten sind. Phosphor ist ein Schlüsselnährstoff für Leben und begrenzt häufig, wie viel mikroskopisches Pflanzenleben der Ozean tragen kann. Anhand von Gefügeanalysen im Mikroskop und chemischen Messungen an 63 Proben rekonstruierten sie, wie diese Phosphorite in einem flachen, aber teils eingeschränkten Meer gebildet wurden, das am Rand des alten Yangtze‑Kontinentalblocks lag.

Vulkane als Nährstofflieferanten

Mehrere Befunde deuten darauf hin, dass vulkanische und hydrothermale Aktivität neben dem üblichen Flusseintrag vom Land eine wichtige Rolle bei der Versorgung dieser Meere mit Phosphor spielte. Die Gesteine enthalten Scherben vulkanischen Glases, ungewöhnlich hohe Uran‑zu‑Thorium‑Verhältnisse und Seltenerd‑Muster, die typisch sind für Fluide, die durch heiße Meeresboden‑Gesteine zirkulieren. Hohe Silizium‑zu‑Aluminium‑Verhältnisse deuten außerdem darauf hin, dass ein Großteil der gelösten Substanz nicht aus gewöhnlichem Ton stammte, der von Kontinenten abgetragen wurde. Massenbilanz‑Berechnungen zeigen, dass normale Verwitterung allein nicht schnell genug genügend Phosphor geliefert hätte, um die beobachteten dicken Phosphoritschichten zu bilden, während kurzlebige, aber kräftige Pulse aus vulkanisch‑hydrothermalen Systemen dies konnten.

Drei Stadien an einem sich wandelnden Meeresboden

Gesteinsgefüge und chemische Kennwerte zeigen, dass die Phosphoritbildung in Longxi sich in drei Hauptphasen abspielte. Zuerst, während einer hydrothermalen und reduzierenden Phase, traten phosphorreiche Fluide vulkanischen Ursprungs in überwiegend sauerstoffarme Bodenwässer ein und fällten anorganische Phosphatminerale, während sie Blüten von Cyanobakterien und Algen unterstützten. Dann folgte eine episodische Konzentrationsphase, in der Meeresspiegel‑Schwankungen und das Wachstum des Minerals Dolomit dazu beitrugen, Phosphor zu konzentrieren und zu binden. Während Magnesium in neu gebildeten Dolomit eingebaut wurde, erleichterte das die Kristallisation von Apatit, dem Hauptphosphatmineral, innerhalb abwechselnder Lagen aus Dolostein und Phosphorit. Schließlich, in einer Nachanreicherungsphase, wurde die Wassersäule sauerstoffreicher, mikrobielle Gemeinschaften fingen weiterhin Phosphor ein und wandelten ihn um, und charakteristische mikrobielle Strukturen wie Onkoide und fadenförmige Netzwerke wuchsen innerhalb der Ablagerungen.

Meere gewinnen an Atem

Chemische Tracer, die auf Sauerstoffgehalte reagieren, darunter Seltenerd‑Muster, Spurmetallverhältnisse und das Vorkommen oder Fehlen verschiedener Pyritformen, zeigen einen Wechsel von stärker reduzierenden Bedingungen in den älteren Gesteinen zu stärker oxidierenden Bedingungen in den jüngeren mikrobiellen Phosphoriten. Das stimmt mit Hinweisen aus anderen Regionen überein, dass die ediakaren Ozeane Pulsen ansteigenden Sauerstoffs ausgesetzt waren. Die Studie legt nahe, dass Schübe von Phosphor aus vulkanisch‑hydrothermalen Systemen vorübergehend Nährstoffbegrenzungen aufhoben, die marine Produktivität ankurbelten und Episoden lokaler Ozean‑Oxygenierung förderten, obwohl ein Großteil der produzierten organischen Substanz weiterhin rasch recycelt wurde.

Warum diese uralte Geschichte heute relevant ist

Indem sie vulkanische Aktivität, Nährstoffzufuhr, mikrobielles Wachstum und veränderliche Sauerstoffverhältnisse verknüpft, zeichnet die Arbeit das Bild eines eng gekoppelten Erdsystems im Ediacarium. Statt eines langsamen, gleichmäßigen Sauerstoffanstiegs reagierten die Ozeane offenbar auf kurze Phosphor‑Pulse mit lokalen Produktivitäts‑ und Oxygenierungsausbrüchen. Diese Ereignisse, die in den Longxi‑Phosphoriten dokumentiert sind, trugen wahrscheinlich dazu bei, Meere atembarer zu machen und schufen so Bedingungen, unter denen später große, komplexe Tiere gedeihen konnten. Sie liefern eine tiefere Perspektive darauf, wie geologische Prozesse die Bühne für biologische Innovation bereiten können.

Zitation: Han, C., Li, Q., Han, Y. et al. Volcano-hydrothermal phosphorus pulses fostered ocean oxidation during Ediacaran phosphogenesis in South China. Commun Earth Environ 7, 420 (2026). https://doi.org/10.1038/s43247-026-03422-1

Schlüsselwörter: Phosphorkreislauf, Ediakara‑Ozean, vulkanisch‑hydrothermale Aktivität, Ozean‑Oxygenierung, Phosphoritlagerstätten