Mittwoch, 31. Juli 2013

Researchers Find "Bird Brains" Predate Birds Themselves

Could planting trees in the desert mitigate climate change?

     As the world starts feeling the effects of increasing atmospheric carbon dioxide and consequent global temperature rise, researchers are looking for a Plan B to mitigate climate change. A group of German scientists has now come up with an environmentally friendly method that they say could do just that. The technique, dubbed carbon farming, consists in planting trees in arid regions on a large scale to capture CO2. They publish their study today in Earth System Dynamics, a journal of the European Geosciences Union (EGU).
“Carbon farming addresses the root source of climate change: the emission of carbon dioxide by human activities,” says first-author Klaus Becker of the University of Hohenheim in Stuttgart.
“Nature does it better,” adds Becker’s colleague Volker Wulfmeyer, “if we understand and can make use of it in a sustainable manner.”
When it comes to sequestering carbon from the atmosphere, the team shows that _Jatropha curcas_ does it better. This small tree is very resistant to aridity so it can be planted in hot and dry land in soil unsuitable for food production. The plant does need water to grow though, so coastal areas where desalinated seawater can be made available are ideal.
“To our knowledge, this is the first time experts in irrigation, desalination, carbon sequestration, economics and atmospheric sciences have come together to analyse the feasibility of a large-scale plantation to capture carbon dioxide in a comprehensive manner. We did this by applying a series of computer models and using data from _Jatropha curcas_ plantations in Egypt, India and Madagascar,” says Wulfmeyer.
The new Earth System Dynamics study shows that one hectare of _Jatropha curcas_ could capture up to 25 tonnes of atmospheric carbon dioxide per year, over a 20 year period. A plantation taking up only about 3% of the Arabian Desert, for example, could absorb in a couple of decades all the CO2 produced by motor vehicles in Germany over the same period. With about one billion hectares suitable for carbon farming, the method could sequester a significant portion of the CO2 added to the atmosphere since the industrial revolution.
But there are more advantages. Carbon farming’s price tag ranges from 42 to 63 euros per tonne of CO2, making it competitive with other CO2-reduction techniques such as carbon capture and storage. Further, after a few years, the plants would produce bioenergy (in the form of tree trimmings) to support the power production required for the desalination and irrigation systems.
“From our point of view, afforestation as a geoengineering option for carbon sequestration is the most efficient and environmentally safe approach for climate change mitigation. Vegetation has played a key role in the global carbon cycle for millions of years, in contrast to many technical and very expensive geoengineering techniques,” explains Becker.
The main limitations to implementing this method are lack of funding and little knowledge of the benefits large-scale plantations could have in the regional climate, which can include increase of cloud coverage and rainfall. The new Earth System Dynamics paper presents results of simulations looking into these aspects, but there is still a lack of experimental data on the effects of greening arid regions. Also, potential detrimental effects such as the accumulation of salt in desert soils need to be evaluated carefully.
The team hopes the new research will get enough people informed about carbon farming to establish a pilot project. “We strongly recommend more emphasis is put on this technology – at both small and large scales – and that more research is done to investigate its benefits in comparison to other geoengineering approaches,” concludes Wulfmeyer.
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*More information*
This research is presented in the paper ‘Carbon farming in hot, dry coastal areas: an option for climate change mitigation’ to appear in the EGU open access journal Earth System Dynamics on 31 July 2013. Please mention the publication if reporting on this story and, if reporting online, include a link to the paper or to the journal website (http://www.earth-syst-dynam.net/).
The peer-reviewed scientific article is available online, from the publication date onwards, at http://www.earth-syst-dynam.net/recent_papers.html. To obtain a copy of the paper before the publication date, please email Bárbara Ferreira at media@egu.eu.
The discussion paper (not peer-reviewed) and reviewers’ comments are available at http://www.earth-syst-dynam-discuss.net/3/1221/2012/esdd-3-1221-2012.html
Dr. Bárbara Ferreira EGU Executive OfficeEuropean Geosciences Union


Legends, Hoaxes, Frauds, and Frauds of Science

Pia Grzesiak: Wissenschaft im Fernsehen - Boulevardisierung eines Bildungsmediums?

Dienstag, 30. Juli 2013

Smart Bomb (Dark Star)

Wenn immer das Thema auf die so genannten Smart Bombs" kommt, fällt mir immer nur diese unnachahmliche Szene aus "Dark Star" ein...

Schlammvulkan auf Java: Folgen für die Umwelt

“Lusi” versiegt nicht - seit nunmehr sieben Jahren speit der Schlammvulkan im Osten Javas unermüdlich Sedimentmassen aus. Forscher aus aller Welt beschäftigen sich mit dem Phänomen und haben vor allem die Ursachen im Visier. Das Leibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie (ZMT) hingegen widmet sich den Folgen für die Umwelt.

Vieles ist von der indonesischen Regierung versucht worden, um den Schlammfluten Einhalt zu gebieten - ohne Erfolg. Große Betonkugeln wurden im Hauptloch versenkt, Dämme um die Schlammfelder errichtet. Seit Ausbruch des Vulkans wird zudem ein Teil des Schlamms in den nahen Fluss Porong gepumpt, kurz vor seiner Mündung ins Meer. Über die Auswirkungen auf die Wasserqualität im Fluss und in dem angrenzenden Küstengebiet forschen der Biogeochemiker Tim Jennerjahn vom ZMT und seine indonesischen Partner, ihre Arbeit erschien jüngst in der Zeitschrift “Estuarine, Coastal and Shelf Science”.
Die Schlammassen bestehen aus Jahrmillionen alten marinen Sedimenten, totem organischem Material, das sich am Meeresboden abgelagert hat. Während der Fluss vor Ausbruch des Schlammvulkans jährlich pro km2 des Einzugsgebietes knapp zwei Tonnen organische Schwebstoffe ins Meer spülte, sind es nun über vier Tonnen. Bakterien zersetzen das organische Material und verbrauchen dazu den Sauerstoff, der im Wasser gelöst ist. Dadurch hat sich der Sauerstoffgehalt insbesondere im Fluss aber auch in den Küstengewässern so stark verringert, dass er für viele Tierarten kaum mehr ausreichen dürfte. Vor dem Ausbruch des Schlammvulkans konnte das Forscherteam 7 mg Sauerstoff in einem Liter Flusswasser messen, mittlerweile ist nur noch 1 mg vorhanden.
„Dazu kommt, dass sich die mächtige Schlammfracht einfach im Flussbett und direkt an der Küste absetzt und Tiere wie Pflanzen am Boden ersticken kann“, berichtet Tim Jennerjahn. “Der Schlamm ist zu dickflüssig, um von dem Fluss in die Tiefen des Meeres gespült zu werden”.
„Lusi“ gilt als der größte Schlammvulkan der Welt. Die südostasiatische Region kann aber noch mit weiteren Superlativen aufwarten. Hier beherbergen die Küstengewässer eine besonders hohe Biodiversität. So führt vor Ostjava die Madurastraße vorbei, die reich an Fisch-, Muschel- und Krabbenbeständen ist. Hier entladen aber auch weit verzweigte Flusssysteme die weltweit größten Sedimentmassen in die Küstenmeere. Zur Monsunzeit tragen sturzbachartige Regenfluten den Boden im Hinterland der Flüsse ab, wo intensive Landwirtschaft und Abholzung zu einer starken Erosion führen.

„Zu diesen Massen an Sedimenten und organischem Material aus dem Hinterland kommt der Vulkanschlamm noch hinzu und treibt den ökologischen Verfall des Porong und der Küstengewässer zusätzlich voran“ meint Tim Jennerjahn. „Das hat Konsequenzen für die Küstenbewohner. Java hat eine außergewöhnlich hohe Bevölkerungsdichte – über 1000 Einwohner pro km2 -, und ein Großteil der Menschen lebt vom Meer und seinen Ressourcen.“

Ein Ende der Schlammkatastrophe ist erstmal nicht in Sicht – aus den vielen Austrittsstellen des Vulkans könnte es laut Hochrechnung von Geologen noch mehrere Jahrzehnte quellen.
Publikation:
Jennerjahn, T.C., Jänen, I., Propp, C., Adi, S., Nugroho, S.P., eds. (2013) Environmental impact of mud volcano inputs on the anthropogenically altered Porong River and Madura Strait coastal waters, Java, Indonesia. Estuarine, Coastal and Shelf Science. DOI: 10.1016/j.ecss.2013.04.007.
Dr. Susanne Eickhoff ÖffentlichkeitsarbeitLeibniz-Zentrum für Marine Tropenökologie (ZMT)

Donnerstag, 25. Juli 2013

Von der Erde zum Mond

Panzer-Dinos hatten Osteoporose

Die nashorngroßen Ankylosaurier litten wahrscheinlich in ihrer Jugend phasenweise unter starkem Knochenschwund. Die Dinos benötigten in dieser Zeit Kalzium und andere Mineralien, um ihren knöchernen Hautpanzer aufzubauen. Diese holten sie sich augenscheinlich aus ihren langen Skelettknochen. Forscher der Universität Bonn stellen diese These in einer aktuellen Studie in der Zeitschrift PLOS ONE vor. Ihre Befunde stützen auch eine weitere Theorie: Die Ankylosaurier waren vermutlich warmblütig.
Erwachsene Ankylosaurier glichen einer uneinnehmbaren Festung: Dicke Knochenplatten in ihrer Haut schützten Kopf, Nacken, Rücken und Schwanz. Bei manchen Arten waren sogar die Augenlider verknöchert. Selbst große Fleischfresser wie der Tyrannosaurus dürften es schwer gehabt haben, diese Rüstung zu knacken. Doch die bisssichere Weste entwickelte sich erst in den ersten Lebensjahren. Bei Jungtieren fehlte sie weitgehend, wie Fossilfunde dokumentieren. Irgendwann in der frühen Wachstumsphase bildeten sich dann die teils flachen, teils dornenförmigen Hautauflagerungen. Dazu benötigten die Tiere jede Menge Kalzium und Phosphor – immerhin konnten die Verknöcherungen das Volumen eines kleinen Schuhkartons erreichen. Doch woher nehmen?
Bonner Paläontologen haben auf diese Frage nun eine überraschende Antwort gefunden: Augenscheinlich nutzten die Panzer-Dinos ihre langen Skelettknochen als Mineralienquelle. Die Wissenschaftler haben die Beinknochen zahlreicher Ankylosaurier unter die Lupe genommen. Dabei fanden sie Anzeichen für einen extremen Umbau während der frühen Wachstumsphase. „In den ersten Lebensjahren wurde das ursprüngliche Knochenmaterial weitgehend durch Sekundärknochen ersetzt“, erklärt Shoji Hayashi. Der Forscher ist als Fellow der Humboldt-Stiftung an die Universität Bonn gekommen; inzwischen arbeitet er im japanischen Osaka. „Wir finden also einen Abbau, der später wieder kompensiert wurde.“
Dieser extreme Umbau sei bei den Dinos äußerst ungewöhnlich. „Wir vermuten, dass die Tiere so ihren hohen Mineralienbedarf bei der Bildung des Panzers deckten“, spekuliert Hayashi. „In dieser Zeit litten sie also zumindest phasenweise unter Osteoporose. Sobald die Panzerung komplett war, wurde der Knochen in den Extremitäten wieder verstärkt.“
Befunde stützen die These, dass Ankylosaurier warmblütig waren
Auch andere Tiere bauen ihre Knochen zeitlebens um – warum, ist umstritten. Besonders ausgeprägt ist dieser Umbau bei Warmblütern, vermutlich aufgrund ihres schnelleren Stoffwechsels. „Der hohe Anteil von sekundärem Knochenmaterial in Ankylosauriern stützt daher die Theorie, dass die Vertreter dieser Gruppe warmblütig waren“, betont Hayashis Co-Autor Professor Dr. Martin Sander von der Uni Bonn.
Interessant ist auch noch eine weitere Beobachtung der Bonner Forscher: Sekundäres Knochenmaterial - Anatomen sprechen auch von „Havers'schem Knochen“ - ist in der Regel relativ instabil. Dass alte Menschen „morsche“ Knochen haben, ist unter anderem auf diesen Umbau zurückzuführen. Bei Ankylosauriern ist der Havers'sche Knochen aber durch eingewebte Bindegewebsfasern verstärkt, wie Martina Stein entdeckte, die Dünnschliffe der Ankylosaurierknochen auswertete. Sie sorgen für zusätzliche Stabilität. Dieses Konstruktionsprinzip kennt man auch aus modernen Verbundwerkstoffen, wie sie etwa in den Rotoren von Windkraftwerken zum Einsatz kommen oder auch in schusssicheren Westen.
Publikation: Long Bone Histology and Growth Patterns in Ankylosaurs: Implications for Life History and Evolution, “PLOS ONE”, DOI: 10.1371/journal.pone.0068590
Johannes Seiler Dezernat 8 - HochschulkommunikationRheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

     

Dienstag, 23. Juli 2013

Montag, 22. Juli 2013

Verheerende Fernwirkung von Erdbeben

     Im Jahr 2006 ereignete sich auf der Insel Java zuerst ein verheerendes Erdbeben und dann brach viel weiter östlich ein bis heute spuckender Schlammvulkan aus, der auf mehreren Quadratkilometer Fläche alles unter sich begrub. Bislang gingen Wissenschaftler davon aus, dass das Erdbeben zu weit entfernt stattfand, um einen solchen Schlammvulkan zu zünden. Geophysiker der Universität Bonn und der ETH Zürich weisen nun anhand von Computermodellen nach, das dies auch über sehr große Entfernungen tatsächlich möglich ist. Die Ergebnisse sind im Fachjournal „Nature Geoscience“ veröffentlicht.
Am 27. Mai 2006 bebte auf der indonesischen Insel Java mit einer Stärke 6,3 auf der Momenten-Magnituden-Skale die Erde. Das Hypozentrum lag etwa 25 Kilometer südwestlich der Stadt Yogyakarta in einer Tiefe von rund zwölf Kilometern. Mehrere Tausend Menschen starben, Zehntausende wurden verletzt und viele Menschen verloren ihre Häuser und Wohnungen. Rund 250 Kilometer weiter östlich vom Hypozentrum entfernt kam es 47 Stunden später zum Ausbruch des Schlammvulkans „Lumpur Sidoarjo“, abgekürzt „Lusi“. In der Nähe eines Erdölbohrlochs begann heißer Schlamm, bis in 50 Meter Höhe zu schießen und bis heute das Gebiet zu überfluten. Wissenschaftler gehen davon aus, dass der Schlammvulkan noch viele Jahre aktiv sein wird.
Ausbruch des Schlammvulkans hat eine natürliche Ursache
War eine natürliche Ursache der Auslöser für den Ausbruch der Schlammfontäne oder eine Ölbohrung in unmittelbarer Nähe? Geophysiker der Universität Bonn und der ETH Zürich untersuchten diese Frage mit numerischen Wellenausbreitungsexperimenten. „Viele Wissenschaftler glaubten, dass das Erdbebenzentrum viel zu weit von Lusi entfernt war, um den Schlammvulkan zu aktivieren“, sagt Prof. Dr. Stephen A. Miller vom Lehrstuhl Geodynamik der Universität Bonn. Die Bonner Forscher kamen mit ihren Computermodellen, die die geologischen Bedingungen in der Region Lusi nachbilden, jedoch zu dem Schluss, dass trotz der großen Entfernung das Erdbeben die Ursache ist.
Der feste Schlamm ist dort in zwei dichte Schichten eingekapselt und steht durch die Auflast des Gesteins wie eine geschüttelte Sektflasche unter Druck. Darüber bildet festes Vulkangestein eine Kuppel. „Unsere Simulationen zeigen, dass der feste Schlamm durch die Energie des Erdbebens sehr wohl verflüssigt werden konnte und dann durch den Druck die darüber liegenden Schichten durchbrach“, erläutert Prof. Miller. Dafür mussten jedoch bestimmte Bedingungen erfüllt sein: In der Kuppel des Lusi-Gebiets wurden die Wellen des starken Erdbebens wie das Echo in einer Höhle zurückgeworfen und überlagert.
Eine Kuppel bündelt die Erdbebenwellen
„Dadurch kam es zu einer Verstärkung und Fokussierung der Erdbebenwellen“, berichtet Florian Fuchs, Doktorand in der Arbeitsgruppe von Prof. Miller. Wie in einem Parabolspiegel, der die Wellen konzentriert einfängt, konnten die Erdbebenwellen aufgrund der besonderen geologischen Verhältnisse die kritische Energieschwelle überschreiten und den Schlamm verflüssigen. „Das Bohrloch alleine hätte nicht zum Ausbruch des Schlammvulkans geführt“, sagt Prof. Miller. Erst das Erdbeben habe die notwendige Verflüssigung des Schlamms als Voraussetzung für die Eruption geschaffen.
Frühere Auswertungen von Wissenschaftlern hätten die Energie der Erdbebenwellen unterschätzt, weil vor allem die oberflächennahen Bodenbewegungen berücksichtigt worden seien. Und die waren viel schwächer als die in den tieferen Schichten, vermuten die Geophysiker der Universität Bonn. Die Kuppelstruktur habe die Wellen „gefangen“ und nur abgeschwächt zur Erdoberfläche durchgelassen. Wie Forscher bereits vorher vermuteten, hängt Lusi über eine Verwerfung wahrscheinlich mit einem Vulkansystem in rund 15 Kilometer Entfernung zusammen. „Diese Verbindung heizt den Schlammvulkan wahrscheinlich auf und versorgt ihn mit Gasen, die Lusi bis heute kräftig sprudeln lassen“, erklärt Florian Fuchs.
Die Bonner und Züricher Forscher verweisen mit ihrer Publikation darauf, dass ein Erdbeben auch über weite Distanzen andere Prozesse auslösen kann. „Der Schlammvulkan kann als geologische Rarität zu einem tieferen Verständnis von Erbeben und vulkanischen Aktivitäten beitragen“, resümiert Prof. Miller. Java gehört zum sogenannten Pazifischen Feuerring, ein Vulkangürtel, der den gesamten Pazifischen Ozean umgibt. Hier tauchen ozeanische Platten unter andere ozeanische oder kontinentale Platten ab, was zur Aufschmelzung des Gesteins in größeren Tiefen führt. Das entstandene Magma steigt auf und speist die zahlreichen Vulkane.

Publikation: Lusi mud eruption triggered by geometric focusing of seismic waves, Nature Geoscience, DOI: 10.1038/NGEO1884
Johannes Seiler Dezernat 8 - HochschulkommunikationRheinische Friedrich-Wilhelms-Universität Bonn

Via Informationsdienst Wissenschaft

Brian Cox über die Rolle von Wissenschaft in Demokratien

Donnerstag, 11. Juli 2013

Urlaub mit Wissenschaftlern: Freie Gedanken für eine freie Zeit

     Zu den Sommerferien bietet die Daimler und Benz Stiftung ausgewählte Vorträge von Wissenschaftlern als Podcast an.
In unterschiedlichen Veranstaltungsformaten tritt die Daimler und Benz Stiftung im Jahresverlauf mit der Öffentlichkeit in Kontakt. Hochkarätige Forscher sprechen dabei über ihre Arbeit und versuchen in ansprechender und verständlicher Weise zu erläutern, welche wissenschaftlichen Fragestellungen sie persönlich bewegen und welche Zukunftsthemen auf ihrer Agenda stehen.
Künftig bietet die Stiftung zweimal im Jahr je zu Beginn der Sommer- und der Winterferien einige ausgewählte Vorträge als Podcast an. Das Spektrum der Beiträge umfasst unterschiedliche wissenschaftliche Disziplinen und möchte den Hörern interessante Einblicke in aktuelle Entwicklungen der Forschung geben. Die Vorträge sind auf der Homepage der Stiftung im MP3-Format als Download sowie als Stream verfügbar.
Die Einzelvorträge finden Sie hier, das Angebot ist selbstverständlich kostenlos:
www.daimler-benz-stiftung.de/cms/index.php?page=podcasts-urlaub-mit-wissenschaftlern Vortrag 1: „Stechuhr und innere Uhr – ein überwindbarer Gegensatz“ von Prof. Dr. Till Roenneberg
Sind Morgenmuffel wirkliche faule Menschen? Sind sie Verweigerer, die sich nicht in die moderne Leistungsgesellschaft integrieren möchten? Till Roennebergs Forschungen zur Chronobiologie, zu menschlichen „Eulen“ und „Lerchen“ wird alle starken Zykliker erleichtern. Wer versteht, wie seine innere Uhr tickt, kommt deutlich besser durch den Tag oder auch die Nacht. Der Vortrag wurde im Rahmen der Reihe „Dialog im Museum“ am 5. Juli 2012 in Stuttgart gehalten.
Vortrag 2: „Lostrommel statt Wahlurne. Losverfahren in der Politik“ von Prof. Dr. Hubertus Buchstein
Ob bei der Vergabe von Studienplätzen oder mittlerweile auch in der Politik – immer öfter kommen Losverfahren zum Einsatz. Wird hier der Willkür Tür und Tor geöffnet oder ermöglicht der Bruch mit herkömmlichen Entscheidungsprozessen dem politischen Betrieb ganz neue Perspektiven? Der Vortrag wurde am 30. April 2013 als „Plädoyer im Haus Huth“ in Berlin gehalten.
Vortrag 3: „Menschliche Schönheit – was ist das eigentlich? von Prof. Dr. Peter Deuflhard
Die Frage nach dem Wesen menschlicher Schönheit beschäftigte die Menschen aller Epochen, sie durchzieht wie ein roter Faden Philosophie und Kunst. Der Mathematiker Peter Deuflhard spürt der Möglichkeit nach, Schönheit messbar zu machen. Seine Methoden kommen bei der Operationsplanung zum Einsatz und ermöglichen etwa Opfern von Verkehrsunfällen eine medizinische Rekonstruktion ihres Gesichts. Der Vortrag wurde im Rahmen der Reihe „Dialog im Museum“ am 19. Februar 2013 in Stuttgart gehalten.
Vortrag 4: „Die Machtfrage im Rechtsstaat“ von Prof. Dr. Dieter Grimm
Das 17. Berliner Kolloquium der Stiftung trug den Titel „Macht. Haben wir genug davon?“. Namhafte Wissenschaftler aus unterschiedlichen Disziplinen widmeten sich den vielfältigen Gesichtern und Facetten der Macht. Den Abendvortrag am 5. Juni im Langenbeck-Virchow-Haus hielt der Richter am Verfassungsgericht a. D. Dieter Grimm. Er sprach über sein Verständnis von und seine Erfahrungen mit der Staatsmacht.
Dr. Johannes Schnurr Presse- und Öffentlichkeitsarbeit, PublikationenDaimler und Benz Stiftung


Mittwoch, 10. Juli 2013

Montag, 8. Juli 2013

Dienstag, 2. Juli 2013

Mount Everest-Region lag bereits vor 17 Millionen Jahren so hoch wie heute

Vor fast genau 60 Jahren, am 29.5.1953, gelang Edmund Hillary und Tenzing Norgay die Erstbesteigung des Mount Everest, des höchsten Bergs unseres Planeten. Nun fanden Geowissenschaftler des Frankfurter Biodiversität und Klima Forschungszentrums (BiK-F) gemeinsam mit Kollegen aus den USA und Frankreich heraus, dass das Dach der Welt schon seit mehr als 17 Millionen Jahren so hoch wie heute liegt und seitdem das Klima Südostasiens prägt. Die jetzt als Titelstory des Fachjournals Geology publizierten Erkenntnisse sind nicht nur für die Klima- und Evolutionsgeschichte von Bedeutung, sondern auch ein wichtiges Puzzlestück für die Entwicklung von Klimamodellen.
Die Erdgeschichte erschließt sich Forschern typischerweise durch Fossilien und Sedimente, aber genau die fehlen am Mount Everest für wichtige Zeitabschnitte. „In den großen Gebirgen unseres Planeten wird das Gestein kontinuierlich erodiert, so dass uns diese Zeitzeugen oft fehlen“, erläutert Prof. Dr. Andreas Mulch, stellvertretender Direktor des BiK-F und einer der Autoren der Studie. „Sie sind heute verstreut auf dem indischen Subkontinent oder gar im Indischen Ozean zu finden, wohin sie im Laufe der Jahrmillionen durch die Erosionsprozesse transportiert wurden“. Die üblichen Methoden geologischer Aufzeichnungen funktionieren also auf dem gigantischsten aller Gebirge nicht. „Wir haben deswegen eine noch sehr junge Methode angewandt und in uralten Regentropfen nach Klimaspuren aus der Erdgeschichte gesucht“, erläutert Dr. Aude Gébelin, Geologin am BiK-F und Erstautorin der Studie.
Regentropfen als Zeitzeugen

Gébelin spricht damit die sogenannte Isotopenmessung an, mit der seit gerade einmal zehn Jahren die Topographie von Gebirgen rekonstruiert werden kann. Der Trick bei dieser Forschungsmethode ist, dass Wasser, seien es Regentropfen, Schnee oder Schmelzwasser, eine variierende Zusammensetzung an unterschiedlich schwerem Sauerstoff enthält. Die schwereren Atome des Sauerstoffs (schwere Isotope) nehmen im Vergleich zu den leichteren Isotopen mit zunehmender Höhe systematisch ab. Aus Millionen Jahre alten Gesteinen lässt sich somit anhand der von den Regenwasserablagerungen stammenden Isotopenzusammensetzungen bestimmen, in welcher Höhe der Regentropfen dereinst auf die Erdoberfläche traf, wie hoch also der entsprechende Ort damals lag. „Die Zusammensetzung der Isotope ist zwar zum großen Teil abhängig von der Höhe, jedoch nicht ausschließlich“, schränkt die Wissenschaftlerin ein. „Auch Jahrestemperatur, Verdunstung und Niederschlagsmenge spielen eine Rolle.“ Um die Effekte des Klimawandels und der Gebirgsbildung auseinanderhalten zu können, wurden die Proben nicht nur am Everest selbst, sondern auch am Fuße des Himalaya genommen, an einem Ort, der vor 17 Millionen Jahren auf Meereshöhe lag. Denn ändert sich das Klima, beeinflusst dies beide Orte in gleichem Maße, so dass der Unterschied im Verhältnis der Sauerstoffisotope allein auf die Höhe zurückzuführen ist.
Alpinistische Herausforderung für die Forscher
Die Spuren der uralten Regentropfen suchten die Forscher dort, wo Regen, Schnee oder Schneeschmelze durch Klüfte in größere Tiefen des Everest-Massivs einsickerten. Dazu mussten Orte am Mount Everest gefunden werden, an denen durch tektonische Prozesse, also Verschiebungen von Gesteinseinheiten, einst mehrere Kilometer tief liegende Gesteine an die Oberfläche gekommen sind. In Zusammenarbeit mit einer amerikanischen Arbeitsgruppe gelang es, an der Nordseite des Mount Everest genau solche Orte zu finden. Die Frankfurter Forscher mussten selbst den Berg hinaufklettern, um an die kostbaren Proben zu kommen: „Aus den kilometerhohen Wänden kann man nicht kiloweise Proben hinunter transportieren“, so Gébelin. Das ist bei der Isotopenmessung auch nicht notwendig, es genügte eine Streichholzschachtel voll Gesteinsmaterial. „Zwei Milligramm haben uns für sämtliche Messungen ausgereicht – eine Spatelspitze voll.“
Ein neues Puzzlestück für Klimamodelle

Die Erkenntnisse, die aus diesen zwei Milligramm Gestein gewonnen wurden, sind umso gewichtiger. Dass der Mount Everest – und auch das dahinter liegende Tibetplateau – bereits vor 17 Millionen Jahren existierten, ist für Klima- und Evolutionsforscher von großer Bedeutung. So sind die Gesteinsproben mit den erdgeschichtlichen Wasserrückständen Zeugen dafür, dass es den Monsunregen bereits vor 17 Millionen Jahren gab. „Es gibt Experten, die behaupten, es gebe ihn erst seit 8-10 Millionen Jahren. Unsere Ergebnisse weisen eher in die Richtung, dass er seit mindestens 20 Millionen Jahren existiert“, so Gébelin. Aber nicht nur Klimaforscher dürften sich für die neuen Erkenntnisse interessieren, sondern auch Biologen: „Der Himalaya ist ein bedeutendes Landschaftselement im Hinblick auf die Migration von Pflanzen und Tieren; er ist ein Riesenhindernis, aber auch eine Stätte relativ schneller biologischer Evolution. Für die Erforschung, wann welche Arten entstanden beziehungsweise verschwanden, ist es wichtig zu wissen, wann der Himalaya entstanden ist.“
Und bezogen auf die Klimaforschung heute? „Unser Wissen über die Entstehung des größten Gebirges dieser Erde hilft uns auch, die großen Klimaentwicklungen besser nachzuvollziehen. Die Prozesse an der Erdoberfläche großer Gebirgsregionen sind ein besonders wichtiges Puzzlestück bei dem Versuch, globale Klimazusammenhänge zu verstehen und unser Wissen um die aktuelle Klimadebatte durch einen Blick in die Erdgeschichte zu vertiefen“ , resümiert die Wissenschaftlerin.
Publikation:
Gébelin A, Mulch A, Teyssier C, Jessup MJ, Law RD & M Brunel (2013): The Miocene elevation of Mount Everest. – Geology, DOI: 10.1130/G34331.1
Julia Krohmer LOEWE Biodiversität und Klima Forschungszentrum (BiK-F)Senckenberg Forschungsinstitut und Naturmuseen


Katastrophaler als vermutet: Steinzeitlicher Vulkanausbruch verwüstete Südosteuropa

     Ein Vulkanausbruch in Süditalien vor rund 40.000 Jahren, der "Kampanische Ignimbrit", hat in Europa weitaus größere Verwüstungen angerichtet, als bisher vermutet wurde. Dies bezeugt eine unerwartet mächtige Schicht von Vulkanasche, die der Bayreuther Geomorphologe Dr. Ulrich Hambach in den Steppenlandschaften an der Unteren Donau entdeckt hat. Gesteinsmagnetische und geochemische Analysen an der Universität Bayreuth haben bestätigt, dass die rund ein Meter mächtigen Ablagerungen eine zerstörerische Folge jenes Vulkanausbruchs sind. Über die neuen Erkenntnisse und mögliche Schlussfolgerungen berichtet eine internationale Forschungsgruppe im Forschungsmagazin PLOS ONE.
Die alten Griechen vermuteten hier den Zugang zur Unterwelt, der römische Dichter Vergil hat sie erstmals literarisch beschrieben: die "Campi Flegrei", die phlegräischen Felder. In diesem rund 20 km vom Vesuv entfernten Gebiet, das auch heute noch eine vergleichsweise hohe vulkanische Aktivität aufweist, ereignete sich vor etwa 40.000 Jahren ein Vulkanausbruch, wie es ihn seit 200.000 Jahren in Europa sonst nicht gegeben hat. Die ökologischen Folgen waren katastrophal. Wie noch heute auffindbare Reste dieser Vulkanasche zeigen, reichten die Auswirkungen dieser gewaltigen Eruption bis weit in die Russische Tiefebene, in den östlichen Mittelmeerraum und bis nach Nordafrika. Ergebnisse von Computermodellierungen legen die Annahme nahe, dass sich wahrscheinlich dadurch die Lebensbedingungen in Europa und weltweit erheblich verschärft haben.
Unerwartet mächtige vulkanische Ablagerungen auf dem Balkan
Während die Ascheablagerungen in Italien und im östlichen Mittelmeer schon seit langem durch Messungen an verschiedenen Fundstellen belegt sind, gab es für die 1.500 km zwischen dem Balkan und der Russischen Tiefebene bisher nur sporadische empirische Daten. Aufgrund von Computermodellen wurde vermutet, dass sich in Osteuropa eine ungefähr fünf bis zehn Zentimeter dicke Ascheschicht gebildet haben müsse. Doch bei landschaftsgeschichtlichen Untersuchungen in Rumänien, in der Steppenlandschaft der Unteren Donau, stieß Dr. Ulrich Hambach auf grobkörnige vulkanische Ablagerungen, die eine Höhe von bis zu einem Meter erreichen. Diese mächtige Schicht befindet sich heute noch bis zu 10 Meter unter der Erdoberfläche.
Proben dieser Ablagerungen wurden in den Laboratorien des Bayerischen Geoinstituts (BGI) an der Universität Bayreuth untersucht. "Wie die geochemischen Analysen gezeigt haben, stammt die Vulkanasche eindeutig aus dem 'Kampanischen Ignimbrit'", berichtet Hambach. "Daher bedürfen die Computermodelle, mit denen die Folgen dieses Vulkanausbruchs viel zu gering eingeschätzt wurden, einer erheblichen Überarbeitung."

Bei den weiteren Untersuchungen stellte sich allerdings auch heraus, dass die bisherige Forschung bei der Datierung des verheerenden Ereignisses richtig gelegen hat. Dr. Kathryn Fitzsimmons vom Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig konnte mithilfe der so genannten Lumineszenz-Methode nachweisen, dass die vulkanischen Ablagerungen vor rund 39.000 Jahren zum letzten Mal dem Sonnenlicht ausgesetzt waren. Unmittelbar darauf wurden sie von Löss-Sedimenten zugedeckt. Diese neuen Ablagerungen bildeten sich aus den großen Staubmengen, die vom Wind herangetragen wurden.
Eine ökologische Katastrophe der Steinzeit –
mit Folgen für die Besiedlung Europas?
Mit ihren Forschungsarbeiten haben die Geowissenschaftler die Suche nach neuen archäologischen Fundstätten unterstützt. Ihre Studie ist Teil des internationalen Forschungs-projekts "Lower Danube Survey for Palaeolithic Sites". Es befasst sich mit menschlichen Siedlungen im Unteren Donaubecken und den dortigen Lebensbedingungen während der Steinzeit. Federführend sind hier das archäologische Forschungszentrum und Museum für menschliche Verhaltensevolution (Monrepos, RGZM) in Neuwied und das Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig. Der Lehrstuhl für Geomorphologie an der Universität Bayreuth unter der Leitung von Prof. Dr. Ludwig Zöller trägt mit Daten aus eigenen Forschungsarbeiten wesentlich dazu bei, dass die Umweltbedingungen, wie sie vor etwa 20 000 bis 50 000 Jahren herrschten, mit hoher Genauigkeit rekonstruiert werden können.

Wie die neuen Erkenntnisse zeigen, sind die fatalen Folgen für Menschen, Tiere und Pflanzen vermutlich unterschätzt worden. Die Wissenschaftler haben die starke Vermutung, dass die natürlichen Trinkwassersysteme durch die Asche-Ablagerungen vergiftet wurden. In diesem Fall müssten Fluoridvergiftungen bei Menschen und Tieren und eine daraus resultierende Deformation der Knochen weit verbreitet gewesen sein. "In der anthropologischen Forschung ist man heute davon überzeugt, dass die Balkanregion eine geografische Schlüsselfunktion hatte, als anatomisch moderne Menschen nach Europa eingewandert sind", erläutert Hambach. "Umso spannender ist deshalb die Frage, wie
diese Prozesse durch die ökologische Katastrophe vor 40.000 Jahren beeinflusst worden sein könnten."
Kathryn E. Fitzsimmons, Ulrich Hambach, Daniel Veres, Radu Iovita,
The Campanian Ignimbrite Eruption: New Data on Volcanic Ash Dispersal and Its Potential Impact on Human Evolution,
in: PLOS ONE, June 17, 2013.
Christian Wißler Mediendienst ForschungUniversität Bayreuth


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