Vom Zahn zum Klima

Fossile Knochenfunde aus dem nordwestchinesischen Junggar-Becken erzählen von der Klimageschichte in Jura und Trias. Tübinger Paläontologen und ihre chinesische Kollegen können nachweisen, dass Flora und Fauna schon vor 150 Millionen Jahren von einem Monsunklima bestimmt wurden, wie es noch heute in Indien herrscht.

Das Junggar-Becken zwischen Kasachstan im Westen und der Mongolei im Osten ist eine wahre Fundgrube für Paläontologen, denn die urzeitlichen Sedimentschichten sind bis zu 16 Kilometer dick. Dem frühen Weltklima sind dort der Paläontologe Prof. Hans-Ulrich Pfretzschner und der Paläoklimaforscher Prof. Volker Mosbrugger aus Tübingen auf die Spur gekommen. „In den letzten 230 Millionen Jahren sind viele Gebiete wie das heutige Deutschland, ganz Europa, durch die Kontinentalwanderung stark verschoben worden. Dagegen ist das Junggar-Becken weit gehend auf der gleichen geographischen Breite geblieben“, erklärt Mosbrugger. Für die Forscher bedeutet dies, dass Klimaänderungen, die sich nachweisen lassen, Änderungen im Weltklima dieser Zeit widerspiegeln.

Bei ihrer Untersuchung konzentrierten sich die Forscher auf das Erdzeitalter vor 230 bis 150 Millionen Jahren. „Damals existierten keine größeren Eiskappen auf der Erde und die Kohlendioxidwerte waren rund fünffach so hoch wie heute“, so Mosbrugger. „Heute dominieren die Blütenpflanzen die Vegetation der Erde, früher waren es bestimmte Nadelgehölze und Palmfarne.“

fossiler Zahn Flugsaurier aus der Unterkreide, 125 Mio. Jahre

Bei ihren Grabungen fanden die Forscher Zähne von Raubdinosauriern, Knochen von Amphibien und vor allem Bauch- und Rückenpanzer sowie Schädel vieler Schildkröten. „Die Schildkröten haben sich im Jura in zwei Gruppen aufgespalten, wir können hier einen wesentlichen Schritt in der Evolution verfolgen“, sagt Pfretzschner. Der sensationellste Fund sind Zähne von frühen Säugern, die sehr selten sind.

„Eine Fundstelle gilt als ‚reich‘, wenn in einer Tonne Gestein ein Zahn gefunden wird. Hier im Junggar-Becken entdeckten wir in zwei Eimern Gestein fünf Zähne.“ Bei der Tiergruppe handelt es sich um einen Seitenzweig der Säuger, die Shuotherien, die erst seit 1993 bekannt sind. „Dieser Zweig ist ausgestorben, er hat sich nicht zu den heutigen Säugetieren weiterentwickelt“, erläutert Pfretzschner.

fossile Baumstämme Fossile Baumstämme, Oberjura, 150 Mio. Jahre

An einer Fundstelle im Junggar-Becken, nördlich des Ortes Qitai, konnten die Forscher bis zu 23 Meter lange Baumstämme bergen. An Stammquerschnitten ließen sich wie bei heutigen Bäumen Jahresringe unterscheiden. Die Schnitte zeigten, dass die Vegetationsperioden jeweils schnell abbrachen und Ruhepausen eingelegt wurden. „Im Junggar-Becken hätte man zur Zeit der Dinosaurier keine kalten Winter erwartet, schließlich ist der Breitengrad vergleichbar mit der heutigen Lage von Südspanien“, erklärt Pfretzschner, „daher passt das Muster gut zu einem Monsunklima wie im heutigen Klima Indiens mit warmen, feuchten Sommern und trockenen, kalten Wintern.“

Ähnliche Beobachtungen hat der Paläontologe an der Struktur der 150 Millionen Jahre alten Dinosaurierknochen aus dem Oberjura gemacht: Sie wiesen regelmäßige Wachstumszyklen mit Pausen auf. „Bei dem chinesischen Fundstück sind die sieben bis acht Wachstumspausen vermutlich auf ein saisonales Monsunklima zurückzuführen“, erklärt Pfretzschner. „Normalerweise wachsen Dinosaurier relativ schnell, wie heutige Huftiere.“ Wachstumspausen sind weltweit nur in einem weiteren Fall bei einem australischen Theropoden gefunden worden.

Einen solchen Dinosaurierknochen mit Wachstumspausen hat ein Mitarbeiter Pfretzschners in sehr dünne Scheiben geschnitten und darin geochemisch die Anteile von normalem und schwerem Sauerstoff bestimmt. Das Element Sauerstoff tritt in unterschiedlich schweren Formen auf, die abhängig von Temperatur und Feuchtigkeit in unterschiedlichen Anteilen beim Wachstum der Tiere in den Knochen eingebaut werden. Damit sind zum einen Rückschlüsse auf die Körpertemperatur der Tiere möglich: „Das ist wie ein Fieberthermometer. Wir haben nun einen weiteren Hinweis, dass die Körpertemperatur der Dinosaurier bei etwa 37 Grad lag wie bei heutigen Säugetieren“, sagt Pfretzschner.

„Mit dem Verhältnis der verschieden schweren Sauerstoffatome zueinander wurde hier offenbar die regelmäßige Trockenheit in den Knochen dokumentiert. Wenn Wasser verdunstet, bleibt mehr von dem schweren Sauerstoff zurück. Dieser wird zu einem größeren Anteil in die Knochen eingebaut.“ Holz und Knochen zeigen im gleichen Bereich ähnliche Einlagerungen von schwerem Sauerstoff. Offenbar sind die Dinosaurier am gleichen Ort geblieben und nicht gewandert.

Einige Fundstücke aus dem Junggar-Becken werden ab sofort im Tübinger Museum für Geologie und Paläontologie ausgestellt.

Forschung: Prof. Hans-Ulrich Pfretzschner, Prof. Volker Mosbrugger, Institut und Museum für Geologie und Paläontologie

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