Meeresforschung in den Kalkalpen

Der Geologe Sylvain Richoz und sein Team rekonstruieren die Chemie des Ozeans vor 200 Millionen Jahren, bevor ein großes Massenaussterben begann. Vom Salzkammergut bis zum Oman nehmen die Forschenden Sedimentproben aus den Bergen, um die Entwicklung von Kalkalgen zu verfolgen, die damals im offenen Urmeer auftauchten und seitdem große Mengen CO2 im Ozean ablagern. Die Untersuchungen zeigen, dass sie gegenwĂ€rtig unter dem Anstieg des Treibhausgases leiden, sich aber langsamer verĂ€ndern als vermutet.
Natur & Technik
6. Dezember 2021
Forschungsarbeit im Oman. Das Team um den Geologen Sylvain Richoz sucht Meeressteine, die 200 Millionen Jahre und Ă€lter sind. © Sylvain Richoz

FĂŒr uns ist es einfach ein Stein. Sylvain Richoz erkennt darin viel mehr. Dem Geologen erzĂ€hlt der Stein, dass er schon vor 200 Millionen Jahren da war, in einem Riff, mit SchwĂ€mmen, ein paar Korallen, hoher DiversitĂ€t und bei konstantem Salzgehalt. „Diese Steine sind wie BĂŒcher und wir wissen, wie man diese Seiten liest“, schwĂ€rmt Richoz. Zur Kunst der Geologie gehört offensichtlich auch ein gutes Vorstellungsvermögen. Denn der Wissenschaftler sieht zwar Lagune, KĂŒste und Insel vor sich, klettert aber in Wirklichkeit auf der Nordkette, dem Dachstein oder im Tennengebirge herum. Im Feld schauen die Forschenden: Wie tief war der Ozean an dieser Stelle? War er sauer? Wie hoch war die SalinitĂ€t? Sie schreiben einen Steckbrief. Über einen Zeitraum, der 200 bis 240 Millionen Jahre zurĂŒckliegt.

Sylvain Richoz ist Experte fĂŒr die SpĂ€ttrias, die dritte und letzte Epoche der Trias in der geologischen Zeitskala. Am Ende dieses Zeitraums begann eines der fĂŒnf wichtigsten Massenaussterben der Erde. „Mich hat beeindruckt zu sehen, wie die Evolution abstĂŒrzt und wie das Leben und die Arten danach wieder erstarken“, sagt der gebĂŒrtige Schweizer. Er kam als Postdoc nach Österreich, das er als Paradies fĂŒr Fans dieses Zeitabschnitts beschreibt. Denn die Kalkalpen oder auch ein Großteil des Wienerwalds entstanden in der Trias.

Die Kalkalpen als Great-Barrier-Riff

„Die nördlichen Kalkalpen waren eine Art Great-Barrier-Riff dieser Zeit“, schwĂ€rmt der Forscher. „Der Gosaukamm und das Tennengebirge waren riesige Riffe im Meer und deswegen ist Österreich fĂŒr die Ozeanforschung der beste Ort!“ Ihn interessiert vor allem, wie die chemische Zusammensetzung des Ozeans das Leben beeinflusst und das Leben wiederum die Chemie des Ozeans. Warum wollen wir das im Jahr 2021 wissen? – Nun, ein Drittel des menschlichen CO2-Ausstoßes schluckt der Ozean. DafĂŒr gebe es physikalische und biologische GrĂŒnde, erklĂ€rt Richoz. Mikroorganismen wirken im Meer wie eine Art biologische Pumpe. Diese verfrachtet einen großen Teil des aufgenommenen Kohlendioxids als organische Kohlenstoffverbindungen in die Tiefe. „Besonders wichtig sind die Einzelleralgen, Phytoplankton genannt. Sie nehmen CO2 aus der AtmosphĂ€re auf und wandeln es in der Photosynthese um“, sagt der Wissenschaftler.

Der Klimawandel und seine Folgen fĂŒr die Kalkalgen


Der Geologe erzĂ€hlt von den vielen Arten und Gattungen des Phytoplanktons, besonders interessant seien hier die beinahe unaussprechlichen Coccolithophoriden mit ihrer Kalkschale, die sie schwerer macht. Denn so sinken sie schneller auf den Meeresgrund. Das hat laut Richoz einen enormen Einfluss auf das Klima und die Meerwasserchemie. Mit seinem Team geht er daher folgenden Fragen nach: Welchen Einfluss hatte die Entwicklung des kalkigen Nannoplanktons bereits in einem frĂŒhen Stadium seiner Evolution? Besteht die Gefahr, dass der Ozean versauert? Wie wirkt sich das CO2 auf diese Art der Kalkalgen aus? Erste Ergebnisse zeigen, dass sie stark unter dem Anstieg des Treibhausgases leiden. Man weiß nicht, wie sie langfristig reagieren, ein paar Arten nehmen ab.

Coccolithophoriden sind wunderschön und winzig (0,015–0,020 mm). Die einzelligen Algen zĂ€hlen zu den wichtigsten Phytoplanktongruppen. Ihr GehĂ€use aus Kalk besteht aus runden bis ovalen PlĂ€ttchen, Coccolithen genannt. Die Wissenschaft interessiert sich dafĂŒr, wie diese Organismen auf UmwelteinflĂŒsse wie die sich Ă€ndernde Meereschemie reagieren. © Robin Mejia. Image courtesy Dr. Alison Taylor, CC BY-SA 4.0

„NatĂŒrlich bin ich wie alle Menschen besorgt ĂŒber die KlimaverĂ€nderung. Die Erde ist schon durch Krisen gegangen und hat sich erholt. Ich bin mir sicher, der Planet wird nicht sterben. Er hat schon Schlimmeres erlebt, aber wir werden leiden. Die Änderung wird unsere Gesellschaft unter Druck setzen“, ist der Experte ĂŒberzeugt. Dann wirft er wieder einen Blick zurĂŒck. Auf die Zeit vor den Coccolithophoriden: „Davor gab es keinen einzigen Organismus, der im offenen Ozean eine Schale bauen konnte, alle waren nur entlang ozeanischer KĂŒsten. Doch plötzlich war ein Organismus anders. Das war wichtig fĂŒr die Chemie des Ozeans und fĂŒr den pH-Wert“, erlĂ€utert Richoz die FĂ€higkeit der gepanzerten Algen, das Kohlendioxid in die Tiefe zu bringen und den pH-Wert zu stabilisieren.

„Wir wissen, dass die vor 240 Millionen Jahren noch nicht da waren und vor 220 Millionen schon“, sagt der Wissenschaftler. So alt sind die Steine, die das Forschendenteam rund um Hallstatt ĂŒber dem Salzbergwerk sucht. Die fĂŒnf Mikrometer kleinen Reste werden 2.000-mal vergrĂ¶ĂŸert unter dem Spezialmikroskop oder sogar 8.000-mal unter dem elektronischen Mikroskop. „Was wir sehen, ist ziemlich schön: eine kleine detaillierte Schale, ein ganz winziger komplizierter Bau.“

Salzkammergut, Oman und TĂŒrkei

ZusĂ€tzlich zur Feldforschung im Salzkammergut suchte man auch im Oman, den Emiraten und in der TĂŒrkei. „Wir mĂŒssen wissen, ob das PhĂ€nomen regional oder global ist. Wir brauchen Meeressteine dieses Alters und wir mĂŒssen sicher sein, dass sie nicht zu viel verĂ€ndert wurden im Bergbildungsprozess“, ergĂ€nzt Richoz. Über Phytoplankton wird viel geforscht, jedoch fokussiert man meist auf kĂŒrzere ZeitrĂ€ume. Woher weiß man eigentlich, ob der Stein 200 oder 250 Millionen Jahre alt ist? „Uns hilft das Wissen ĂŒber Fossilienentwicklung. Es gibt welche, die sich rasch Ă€ndern und die man als Zeitmarker nutzen kann“, erklĂ€rt der Forscher. Richoz zeigt ein Bild von einem spiralförmigen Ammoniten, dem KopffĂŒĂŸer mit der Schale, und sagt: „Die Struktur dieser Tiere Ă€ndert sich ganz schnell und wir wissen, dass diese zu einem bestimmten Zeitabschnitt gehören.“ Bis die Forschenden sie finden, mĂŒssen sie viel Zeit im GelĂ€nde verbringen, aber immerhin baut man auf 100 Jahre palĂ€ontologisches Wissen. Denn die erste Publikation, in der in Hallstatt entdeckte Ammoniten beschrieben wurden, stammt aus 1896.

Noch lĂ€sst sich kein Effekt auf die Ozeanchemie feststellen. „Wir verstehen mehr, aber unsere Annahme, dass die Entwicklung der Coccolithophoriden rascher Einfluss auf die chemische StablilitĂ€t des Ozeans nehmen wĂŒrde, stellte sich als falsch heraus.“ Es sei eher umgekehrt, erklĂ€rt Richoz: Durch massive Verwitterungen der Berge habe sich die Chemie des Ozeans rasch verĂ€ndert und der Entwicklung des Phytoplanktons einen Schub gegeben. Davon abgesehen wĂŒrden die Beobachtungen auf eine eher langsame Evolution hindeuten: „Dass die Coccolithophoriden sich so langsam entwickeln, hat uns verwundert. Und eine Überraschung gab es auch: Wir haben Vorkommen der Ă€ltesten Coccolithen gefunden, dieser winzigen scheibenförmigen PlĂ€ttchen aus Kalk, die die Schale von Kalkalgen der Ordnung Coccolithophoriden bilden.

Berge erzÀhlen Geschichten

Die Berge haben Sylvain Richoz schon immer fasziniert. Vor dem Schulabschluss suchte er etwas, das mit Gebirge zusammenhĂ€ngt, und kam so auf die Geologie. „Die Welt der Berge ist faszinierend. Sie erzĂ€hlt so viel Geschichte.“ Er ist einer der fĂŒhrenden Expertinnen und Experten der Kalkalpen, ist inzwischen aber tausend Kilometer nördlich in Schweden zuhause. „Meine neuen Projekte in Lund behandeln weiterhin die Geologie Österreichs, aber eben aus der Ferne“, erklĂ€rt Richoz, der regelmĂ€ĂŸig Studierende nach Österreich bringt, „damit sie richtige Berge sehen“.

Zur Person

Sylvain Richoz stammt aus Lausanne, wo er 2005 in Geologie und Geochemie promovierte. Nach diversen Forschungsaufenthalten in Wien, Frankfurt und Graz lehrt und forscht er seit 2017 am Department fĂŒr Geologie der UniversitĂ€t Lund in SĂŒdschweden. Seine Forschung bewegt sich zwischen PalĂ€ontologie und Geochemie, mit Fokus auf das frĂŒhe Mesozoikum, und reicht von den Alpen bis zum Himalaya. Das Projekt „Der Beginn von pelagischer Kalzifikation und deren Einfluss auf die Meerwasserchemie“ (2016–2020) wurde vom Wissenschaftsfonds FWF mit 349.000 Euro gefördert.

Publikationen

Demangel I., Howe R., Gardin S., Richoz, S.: Eoconusphaera hallstattensis, new species, and review of the Rhaetian genus Eoconusphaera, in: Journal of Nannoplankton Research 39-1, 2021

KovĂĄcs Z., Demangel I., Richoz S., Hippler D., Baldermann A., Krystyn L.: New constraints on the evolution of 87Sr/86Sr of seawater during the Upper Triassic, in: Global and Planetary Change, 192, 2020

Demangel I., KovĂĄcs Z., Richoz S., Gardin, S., Krystyn, L., Baldermann, A and Piller, W.E.: Development of early calcareous nannoplankton in the Late Triassic (Northern Calcareous Alps, Austria), in: Global and Planetary Change, 193, 2020