Bisher gingen Wissenschaftler*innen davon aus, dass die Trockenheit der Atacama-Wüste im frühen bis mittleren Miozän vor etwa 10 bis 20 Millionen Jahren einsetzte. Mithilfe eines neuartigen und umfangreichen Datensatzes zeigt das Forschungsteam nun, dass sich sogenannte hyperaride Bedingungen bereits kurz nach der globalen Abkühlung vor etwa 45 Millionen Jahren entwickelten, die auf das frühe Eozän-Klimaoptimum (EECO) folgte. Die extreme Trockenheit der Atacama-Wüste begann damit offenbar rund 20 Millionen Jahre früher als bisher angenommen. Die Studie „Evidence for Eocene aridification of the Atacama Desert‘s hyperarid core“ wurde im Fachjournal Nature Communications zusammen mit Wissenschaftler*innen des Scottish Universities Environmental Research Centre in Glasgow und der Goethe-Universität Frankfurt veröffentlicht.
„Unsere Ergebnisse deuten darauf hin, dass sich der heutige hyperaride Kern der Atacama-Wüste seit dem mittleren bis späten Eozän gebildet hat, was von einer extrem geringen Oberflächenaktivität abgeleitet werden kann“, sagt Dr. habil. Benedikt Ritter-Prinz vom Institut für Geologie & Mineralogie der Universität zu Köln. „Damit gehört sie zu den ältesten dauerhaft trockenen Regionen der Erde und stellt bisherige Vorstellungen darüber infrage, wann und unter welchen Bedingungen sich derart extreme Umgebungen entwickeln.“
Beispiellose Beweise aus den ältesten Oberflächenklasten der Erde
Die Studie basiert auf der Datierung mittels kosmogener Nuklide. Diese Methode erfasst seltene Isotope, die entstehen, wenn kosmische Strahlung auf Mineralien an der Erdoberfläche trifft und mit ihnen reagiert. Das Team analysierte Bruchstücke aus Quarz - sogenannte Quarzklasten - und bestimmte die Konzentrationen von 21Ne (und teilweise 10Be). Diese reichern sich nur an, solange die Gesteine an der Erdoberfläche der kosmischen Strahlung ausgesetzt sind.
Durch die Untersuchung von 135 Proben – weit mehr als bei anderen Studien – konnten die Wissenschaftler*innen die höchsten jemals auf der Erde gemessenen Konzentrationen kosmogener Nuklide von 21Ne nachweisen. Die außergewöhnlich hohen Werte deuten darauf hin, dass die Klasten an der Oberfläche der Atacama-Wüste seit Millionen von Jahren nahezu unverändert an der Erdoberfläche liegen.
„In gemäßigteren Regionen treibt Niederschlag Erosion und Sedimenttransport an und formt die Landschaft ständig neu“, erklärt Professor Tibor Dunai der Universität zu Köln. „Im Gegensatz dazu weist der hyperaride Kern der Atacama mit weniger als 2 Millimetern Jahresniederschlag außerordentlich langsame Oberflächenprozesse auf. Die Landschaft bleibt über geologische Zeiträume hinweg praktisch erhalten.“
Die Ergebnisse liefern zudem einen überarbeiteten Rahmen für das Verständnis der Mechanismen hinter der Trockenheit der Atacama-Wüste. Die Hebung der Anden und der Einfluss des kalten Humboldtstroms bleiben zwar wichtige Einflussfaktoren, jedoch deutet die Studie darauf hin, dass diese Faktoren die bestehenden trockenen Bedingungen vor allem intensivierten und ausweiteten, anstatt sie zu verursachen.
Stattdessen begann die extreme Trockenheit offenbar mit der globalen Abkühlung nach dem EECO, die die ohnehin geringe Feuchtigkeit in der Region weiter verringerte. Im Laufe der Zeit verstärkten und erweiterten tektonische und ozeanografische Veränderungen diese Bedingungen und formten damit die heutige Ausprägung der Wüste.
Die Studie hebt zudem hervor, dass sich die Trockenheit in der Region ungleichmäßig entwickelte, und unterstreicht damit die Bedeutung räumlicher Variabilität für die langfristige Klimaentwicklung.
Verbindung von Landschaftsentwicklung, Klima und Leben an der Trockengrenze
Die Forschung knüpft unmittelbar an die Ziele des Sonderforschungsbereichs 1211 „Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit“ (SFB 1211) an der Universität zu Köln an, der untersucht, wie sich Leben und Prozesse an der Erdoberfläche unter extremer Wasserknappheit entwickeln.
Wasser ist die wichtigste Voraussetzung für einen bewohnbaren Planeten. Dennoch herrscht in vielen Regionen der Erde starke Wasserknappheit. In solchen Umgebungen sind sowohl die biologische Aktivität als auch die Oberflächenprozesse stark eingeschränkt; ihre Wechselwirkungen sind bislang nur unzureichend geklärt. Die Atacama-Wüste, einer der trockensten Orte der Erde, bietet ein natürliches Labor zur Erforschung dieser Zusammenhänge.
„Unsere Ergebnisse schaffen einen soliden langfristigen klimatischen Rahmen für eine der wasserärmsten Regionen der Erde“, sagt Dr. habil. Benedikt Ritter-Prinz der Universität zu Köln. „Dies ist entscheidend, um zu verstehen, wie sich Landschaften entwickeln und wie sich Leben an extreme Umweltbedingungen anpasst.“
In ariden bis hyperariden Regionen können seltene, kurzzeitige Phasen mit mehr Wasser dauerhafte Veränderungen in der Landschaft hinterlassen. Solche Ereignisse können auch die biologische Besiedlung und Evolution beeinflussen, auch wenn solche Zusammenhänge bislang noch nicht vollständig geklärt sind. Durch die Rekonstruktion von Hyperaridität über einen Zeitraum von bis zu 45 Millionen Jahren stellt die Studie einen wesentlichen zeitlichen Kontext bereit, um die langfristigen Wechselwirkungen zwischen Klimaentwicklung, Erdoberflächenprozessen und Leben unter extremen Trockenheitsbedingungen zu analysieren.
Die Studie trägt dazu bei, Schwellenwerte der biologischen Besiedlung zu identifizieren, Kipppunkte in Prozessen der Erdoberfläche besser zu verstehen und langfristige Klimaverläufe in extremen Umweltbedingungen zu rekonstruieren. Sie unterstützen zudem neue Forschungsansätze zu evolutionären Verzögerungszeiten, zur Anpassung von Arten an sich verändernde Klimata und zum Zusammenspiel zwischen geologischen Prozessen und Biodiversität.
Mit ihrem umfangreichen Datensatz und den rekordverdächtigen Konzentrationen kosmogener Nuklide setzt die Studie neue Maßstäbe für die Untersuchung der langfristigen Landschaftsstabilität sowie klimatischer Entwicklungen.
„Diese Arbeit zeigt, wie außergewöhnlich langsam Prozesse an der Erdoberfläche über Zeiträume von mehreren zehn Millionen Jahren ablaufen können“, sagt Dr. habil. Benedikt Ritter-Prinz. „Sie eröffnet neue Perspektiven auf die Wechselwirkungen zwischen Klima, Landschaften und Leben in den extremsten Umgebungen unseres Planeten.“
Inhaltlicher Kontakt:
Dr. habil. Benedikt Ritter-Prinz
Institut für Geologie und Mineralogie
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benedikt.ritter(at)uni-koeln(dot)de
Presse und Kommunikation:
Jan Voelkel
+49 221 470 2356
j.voelkel(at)verw.uni-koeln(dot)de
Veröffentlichung:
https://www.nature.com/articles/s41467-026-73422-4
Weitere Informationen:
Sonderforschungsbereich 1211 „Evolution der Erde und des Lebens unter extremer Trockenheit“
https://sfb1211.uni-koeln.de/