Zusammenfassung:
Das Forschungsteam der China University of Geosciences (Beijing) entdeckte kürzlich durch zerstörungsfreie chemische Analyse von Pinguinfossilien von der Insel Seymour in der Nähe der Antarktischen Halbinsel, dass diese etwa 55 Millionen Jahre alten Skelette nicht nur die Überreste der Pinguine selbst bewahren, sondern auch Hinweise auf den Übergang der Antarktis von einer warmen und feuchten Umgebung zu einem kälteren Klima enthalten.
Pinguine sind eines der symbolträchtigsten Tiere der Antarktis. Im Laufe der Evolution verloren sie die Fähigkeit zum Fliegen völlig und ihre Flügel verwandelten sich nach und nach in schwimmfähige Flossen. Seymour Island verfügt über den weltweit reichsten und stratigraphisch kontinuierlichsten Pinguinfossilbestand aus dem Eozän und deckt eine wichtige Phase der Klimaentwicklung in der Antarktis ab: von einer relativ warmen und feuchten Umgebung im frühen Eozän zu einem kühleren Klima im mittleren und späten Eozän.
Da Fossilien äußerst selten sind, nutzten die Forscher Mikrobereichs-Röntgenfluoreszenz-Scanning-Technologie, um eine zerstörungsfreie Kartierung der Elementverteilung an den Proben durchzuführen. Mit dieser Methode kann die räumliche Verteilung verschiedener chemischer Elemente auf der Knochenoberfläche ermittelt werden, wodurch eine Beschädigung des Fossils während des Untersuchungsprozesses vermieden wird.
Die Ergebnisse zeigen, dass die Signale der Elemente Titan, Silizium und Kalium in Pinguinfossilien, die vor etwa 55 Millionen Jahren, also im frühen Eozän, entstanden sind, deutlich stärker sind. Das Forschungsteam kombinierte stratigraphische, sedimentologische und paläoklimatische Beweise und kam zu dem Schluss, dass diese höheren Elementsignale mit einer intensiveren kontinentalen Verwitterung und einem höheren terrestrischen Materialeintrag zu dieser Zeit im Einklang standen, was auf eine aktivere Materialzirkulation in der Antarktis unter einem warmen und feuchten Klima zurückzuführen war. Im Gegensatz dazu sind die Signale dieser Elemente in Fossilien aus späteren, kühleren Umgebungen deutlich schwächer.
Die Forscher wiesen darauf hin, dass das überraschendste Ergebnis die signifikante Verstärkung der Titan-, Silizium- und Kaliumsignale in Proben aus dem frühen Eozän war. Dieses Merkmal weist darauf hin, dass unter warmen und feuchten Klimabedingungen die terrestrische Verwitterung verstärkt wurde und eine große Menge terrestrischer Materialien in die Sedimentumgebung transportiert wurde, was letztendlich die chemische Zusammensetzung der Pinguinüberreste beeinflusste.
Allerdings ist es nicht einfach, verlässliche Elementinformationen aus Fossilien vor mehreren zehn Millionen Jahren zu extrahieren. Pinguinknochenfossilien weisen unregelmäßige Oberflächenformen und gekrümmte Strukturen auf, was dazu führen kann, dass sich der Abstand zwischen Probe und Instrument während des Scanvorgangs ändert und dadurch die Erkennungsergebnisse beeinträchtigt wird. Um diesen Effekt zu reduzieren, platzierte das Team das Fossil möglichst horizontal und hielt den Abstand zwischen der Rastersonde und der Knochenoberfläche relativ konstant.
Die Studie ergab außerdem, dass das Verteilungsmuster der Eisen-, Mangan- und Schwefelelemente in den Fossilien Veränderungen in der chemischen Umgebung der umliegenden Meeressedimente nach der Bestattung der Pinguinreste widerspiegelt. Das heißt, die in den Knochen gespeicherten Elementarinformationen verfolgen nicht nur, wie Fremdmaterialien in die Fossilien gelangten, sondern offenbaren auch Unterschiede zwischen terrestrischen Verwitterungseinflüssen, Ablagerungsbedingungen und frühen diagenetischen Umgebungen.
Die Forscher gehen davon aus, dass die chemische Zusammensetzung fossiler Knochen voraussichtlich eine wichtige Informationsquelle für die Rekonstruktion früherer Umweltveränderungen sein wird und traditionelle Methoden wie das Bohren von Meeressedimenten und die Analyse von Mikrofossilien ergänzt. Durch die Kombination zerstörungsfreier chemischer Scans mit geologischen Beweisen können Wissenschaftler mehr Umweltinformationen aus bestehenden Fossiliensammlungen gewinnen und so neue Möglichkeiten zur Rekonstruktion klimatischer und ökologischer Veränderungen in der fernen Vergangenheit der Antarktis eröffnen.
Das entsprechende Forschungspapier wurde in „Fossil Record“ mit dem Titel „Eocene Penguin Fossils as Archives of Antarctic Weathering and Climate Change: Insights from Micro-area X-ray Fluoreszenz Element Mapping“ veröffentlicht.
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