Datierungen und Temperaturen in der Paläontologie und Paläobiologie.
Oder wie weiß man, was damals existiert hat und wie warm es war?
Je tiefer man gräbt, umso älter werden die Schichten und Einschlüsse darin (Stratigraphie). Wäre es anders, müssten wir nach Erdöl nicht bohren. Weltweite Referenzpunkte, die den exakten Beginn eines neuen Erdzeitalters im Gestein markieren, werden als „Golden Spike“ (GSSP - Global Boundary Stratotype Section and Point) bezeichnet.
In den einzelnen Gesteinsschichten findet man Leitfossilien, normale Fossilien, Pflanzen, DNA usw.
Ob es Gletschereis (nein, nicht die Bonbons) gab lässt sich am Vorhandensein von Schleifspuren oder Moränen von Gletschern ablesen. Wie das aussieht kann man sich beispielsweise an der Pasterze in echt ansehen.
Die Bewegungen der Kontinentalplatten kann man anhand des Paläomagnetismus nachvollziehen. Da sich das Magnetfeld der Erde immer wieder umkehrt wird magnetisches Gestein wie Magnetit entsprechend ausgerichtet und durch Abkühlen von Magma zu Basalt so konserviert.
Das Alter oder, warum die „C14-Datierung“ nicht alles ist.
Die Uran 238U → Blei206 Datierung: Wenn Magma abkühlt, kristallisieren winzige, extrem robuste Kristalle namens Zirkone. Diese Kristalle bauen bei ihrer Entstehung Uran in ihr Gitter ein, schließen Blei jedoch kategorisch aus. 238U hat eine Halbwertszeit von 4,5 Milliarden Jahren. Finden wir im Zirkon Blei, so ist es das Zerfallsprodukt von Uran.
Die Kalium-Argon-Methode 40K → 40Ar zur Datierung: Das hochreaktive 40K zerfällt mit einer Halbwertszeit von 1,25 Milliarden Jahren in das träge Edelgas 40Ar. Beim Vulkanausbruch entweicht aufgrund der extremen Hitze jegliches alte Argon aus der flüssigen Lava. Sobald das Gestein erstarrt, ist die Argon-Uhr auf exakt Null zurückgesetzt. Jedes danach durch radioaktiven Zerfall entstehende Argon-Atom ist im Kristallgitter gefangen und wird gezählt.
Die Halbwertszeit von 14C (Kohlenstoff-14) liegt bei ca. 5.730 Jahren, weshalb nach spätestens 50.000 Jahren kein messbares Nuklid mehr übrig ist – für Dinosaurier oder Trilobiten also völlig nutzlos. Es eignet sich aber gut zur Datierung jüngerer Funde wie so mancher Mumie im Eis.
Passend zum Kambrium: Ein versteinerter Trilobit selbst enthält kein Uran. Aber er liegt eingebettet in Sedimentschichten. Wenn sich über diesem Fossil eine vulkanische Tuffschicht (Asche) befindet und eine weitere darunter, können wir die Zirkone dieser beiden Ascheschichten radiometrisch datieren. Zeigt die untere Schicht ein Alter von 542 Millionen Jahren und die obere Schicht 540 Millionen Jahren, haben wir das Alter unseres Trilobiten mathematisch präzise eingekesselt.
Warm- oder Kaltzeit: Sauerstoff kommt in der Natur als 16O (99,7%) und 18O vor. Bei einer Eiszeit wird das leichtere 16O durch Verdunstung und später Regen über den Polen im Gletschereis eingeschlossen. Das schwerere 18O lagert sich im Ozean ab. Marine Kleinstlebewesen bauen diesen Sauerstoff in Kalkschalen CaCO3 ein. Mehr 16O in der Schale bedeutet Warmzeit mehr 18O in der Schale bedeutet Eiszeit. Auch als Paläothermometer oder Delta-18O-Wert bekannt.
Die Sache mit dem CO2, der Suess-Effekt. Pflanzen bauen bevorzugt 12C statt 13C ein. Beim Verbrennen von Kohle, Erdöl und Erdgas, dass eben aus uralten Pflanzen besteht, wird die Atmosphäre mit diesem 12C geflutet. Das ursprüngliche Verhältnis von 13C zu 12C stimmt daher nicht mehr überein. Dies beweist gleichzeitig, dass es sich um menschengemachtes CO2 handelt und es nicht von Vulkanen stammt.
Das Argument, aber es war doch schon immer mal kalt und warm.
Im Jahr 2023 als die globalen Temperaturen der Weltmeere sprunghaft anstiegen, hatte ich eine komische Unterhaltung im Fediverse (fälschlicherweise als das Mastodon Netzwerk bezeichnet - andererseits spiegelt es die Deutsche Leitkultur sehr gut wieder). Im ersten Schritt ging es darum, es war schon immer warm und kalt in der Erdgeschichte. Ok, war es nur es gab mehr Verlierer als Gewinner. Im zweiten Schritt war das Argument, dann sag mir doch wie warm es vor 5000 Jahren im Mittelmeer war.Man kann überschlagsmäßig sagen, flächendeckende Aufzeichnungen zur globalen Lufttemperatur gibt es seit weniger als 200 Jahren. Zur globalen Meerestemperatur und zum CO2 Ausstoß seit weniger als 100 Jahren. Dennoch lässt sich eine eindeutige Prognose ableiten die das Argument, wie hätten wir den wissen können widerlegt.
Ok, zurück zur Temperatur des Mittelmeeres vor 5000 Jahren. Man weiß es nicht, weil es keine Aufzeichnungen gibt. Man kennt eine globale Durchschnittstemperatur der Luft durch die Einschlüsse in Grönländischen Eisbohrkernen wie des GISP- oder NEEM-Projekts.
Oh, wer nicht weiß, wo Island liegt, wo Grönland liegt und, nicht so genau weiß was zum eigenen Land (der USA) gehört, wie so ein berühmtes Staatsoberhaupt, Wikipedia oder Google weiß es - sogar ziemlich genau. Pssst, hoffentlich kauft er nicht versehentlich die falsche Insel.
Basierend auf den Einschlüssen in den Schichten an GSSP weiß man, welche Tiere und Pflanzen damals vorhanden waren. Aufgrund der obigen Datierungen weiß man ob es kalt oder warm war. Basierend auf vorhandener eDNA (Environmental DNA) lassen sich auch Rückschlüsse darauf ziehen, wer oder was dort vor 5000 Jahren lebte. Meerwasser hingegen war Teil des globalen Wasserkreislaufes. Und, selbst wenn es wo eingeschlossen und konserviert worden wäre, es hätte heute eine andere Temperatur als damals.
Es ist spannend, einerseits die fehlende Bildung und andererseits das, wer nichts weiß muss alles glauben in echt zu sehen. Man kann nicht alles wissen aber alles hinterfragen, wenn Interesse besteht.