Dr. Wiebke Salzmann
freie Lektorin und Autorin
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Physik-Wissen
Erdgeschichte
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Erdzeitalter
Zunächst kommen zwei Grafiken Überblick I und Überblick II zur Erdgeschichte, darunter folgen ausführlichere Texte und Grafiken zur Kontinentverteilung.
Die Darstellungen der Kontinente sind nur grobe Skizzen (von Hand nach verschiedenen Vorlagen gezeichnet und mit GIMP etwas aufgehübscht) und dienen lediglich der Veranschaulichung. Gelbe Schrift bezeichnet die damaligen Kontinente, weiße Schrift die Entsprechungen der heutigen. Zur besseren Orientierung sind auch die Grenzen heutiger Landmassen in hellgrün skizziert.
Überblick über die Erdzeitalter I
In der Grafik mit dem Zeitpfeil durch die Erdgeschichte sind die Erdzeitalter Kambrium bis Quartär sowie Hadaikum, Archaikum und Proterozoikum mit Erläuterungen verlinkt; ein Klick auf die Karten führt zu einer vergrößerten Darstellung.
Damit die Links in der Grafik funktionieren, wird die Grafik auch in der mobilen Version in Originalgröße angezeigt.
Die zeitlichen Abstände sind nicht maßstabsgerecht auf die Pfeillänge übertragen – im Präkambrium habe ich einen größeren Maßstab, im Känozoikum einen kleineren Maßstab als im Paläozoikum und Mesozoikum verwendet.
Die Zeitangaben unterscheiden sich von Quelle zu Quelle leicht, sind also auch mit einer gewissen Unsicherheit behaftet.
Überblick über die Erdzeitalter II
Die folgende Grafik gibt einen Überblick über die Erdgeschichte, eingebettet in die Entwicklung von Sonne und Universum; diesmal in etwa maßstabsgerecht auf die Breite übertragen, wodurch dann Ausschnittvergrößerungen notwendig wurden. Rote Schriftzüge sind zu erläuternden Texten verlinkt.
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Abriss der Geschichte des Universums
Das Universum entstand vor 13,7 Mrd. Jahren mit dem Urknall. 400 Millionen später entstanden die ersten Sterne. Diese bestanden nur aus Wasserstoff und Helium, schwerere Elemente wurden erst in diesen Sternen produziert. Sterne entstehen, wenn Gaswolken aufgrund der Schwerkraft kollabieren und sich in ihrem Zentrum so dicht zusammenziehen, dass die Kernfusion einsetzen kann (damit ist der Stern geboren) (siehe auch Sternentwicklung). Unser eigener Stern, die Sonne, ist erst 4,6 Mrd. Jahre alt. Gleichzeitig mit ihr bildeten sich auch die Planeten des Sonnensystems, Gas und Staubklumpen ballten sich zu Gesteinsbrocken zusammen und wuchsen durch Kollisionen mit anderen Brocken allmählich zu Planeten heran.
In etwa 7,1 Mrd. Jahren wird die Sonne zum Roten Riesen anschwellen, ihr Radius reicht dann bis zur Venus (unser nächster Nachbarplanet in Richtung Sonne) und die Erdkruste wird zu einem Lava-Ozean aufgeschmolzen. 600 Millionen Jahre später ist der Brennstoff der Sonne aufgebraucht, sie wird zu einem Weißen Zwerg. Da die Leuchtkraft der Sonne auch derzeit zunimmt, wird aber bereits in 900 Millionen Jahren mit einer Oberflächentemperatur von 30 °C kein höheres Leben mehr auf der Erde möglich sein. In 1,9 Mrd. Jahren beträgt die Oberflächentemperatur 100 °C und die Ozeane verdampfen.
Präkambrium: Hadaikum – Entstehung von Erde und Mond
4,6 bis 4,0 Mrd. Jahre vor heute
Im Hadaikum bildete sich die Erde in derselben Gaswolke, aus der gleichzeitig auch die Sonne entstand. Kurz danach entstand auch der Mond, als die Erde mit einem etwa marsgroßen Körper kollidierte, wobei Material beider Planeten ins Weltall geschleudert wurde. Aus diesem Material bildete sich dann der Mond. Zumindest ist dies das vermutete Szenario.
Die Erde bekam eine feste, noch von Rissen durchzogene Kruste. Es gibt heute zwei Arten von Erdkruste – kontinentale und ozeanische, die sich durch ihre chemische Zusammensetzung unterscheiden. Diese erste Kruste war ozeanisch. Nach Einsetzen der Mantelkonvektion schmolz die ozeanische Kruste teilweise auf; dabei wurden unter den damals herrschenden hohen Temperaturen bestimmte chemische Komponenten frei, die dann als kontinentale Kruste erstarrten. Seitdem existieren deshalb beide Arten von Krusten – ozeanische und kontinentale. (Zum Aufbau der Erde siehe auch Geodynamik)
Die erste Atmosphäre der Erde bestand hauptsächlich aus Wasserstoff und Helium, den beiden leichtesten chemischen Elementen. Als in der Sonne schließlich die Kernfusion einsetzte, womit die Sonne zu einem Stern wurde, entstanden heftige Sternwinde und bliesen diese erste Erdatmosphäre weg.
- Abb. 1 ¦ Der Mond
-
Der Mond entstand vor etwa 4,5 Milliarden Jahren. Man nimmt heute an, dass ein marsgroßer Himmelskörper auf die frühe Erde prallte und die dabei herausgerissenen Stücke beider Körper den Mond bildeten.
Geschichte zur Mondentstehung
Präkambrium: Archaikum – Ozeane und erste Bakterien
4,0 bis 2,5 Mrd. Jahre vor heute
Im Archaikum entstand dann eine zweite Atmosphäre, aus Gasen, die aus dem Erdinneren entströmten. Diese zweite Atmosphäre bestand zu 80 % aus Wasserdampf, daneben aus Kohlendioxid und Spuren von Stickstoff u. a.
Die Erde kühlte ab und vor 4 Mrd. Jahren sank die Oberflächentemperatur unter 100 &ndeg;C. Es war nun „kalt“ genug, dass Wasser kondensieren konnte. Daraufhin begann es zu regnen – der Regen dauerte mehrere 10 000 Jahre an und ließ die Ozeane entstehen. Das meiste Kohlendioxid der Atmosphäre löste sich im Meerwasser, sodass sich vor 3,4 Mrd. Jahren eine dritte Atmosphäre bildete, die hauptsächlich aus Stickstoff und geringen Mengen Wasserdampf und Kohlendioxid bestand.
Im Archaikum entstanden die ersten Bakterien. Bakterien sind Prokaryoten, also Einzeller ohne Zellkern. Von diesen ersten Bakterien sind sogar Überreste erhalten – die ca. 3,5 Mrd. Jahre alten Stromatolithen, von Bakterien gebildete Kalkstrukturen und die ältesten bisher gefundenen Fossilien.
Dass wir heute auf der Erdoberfläche leben können, ohne durch die UV-Strahlung Schaden zu nehmen, verdanken wir der Ozonschicht, die die schädliche UV-Strahlung abhält. (Bekannt ist das Problem des „Ozonlochs“, das diese Schutzwirkung mindert.) Damals gab es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre und demzufolge auch keine schützende Ozonschicht. Leben war damals deshalb nur im Ozean möglich.
Zwar beherrschten Cyanobakterien vermutlich bereits damals die Photosynthese, bei der ja Sauerstoff abgegeben wird, aber der erzeugte Sauerstoff gelangte nicht in die Atmosphäre, weil er mit Elementen in der Umgebung reagierte.
Präkambrium: Proterozoikum – erste Weichtiere
2,5 Mrd. bis 540 Mio. Jahre vor heute
Die vierte Atmosphäre bildete sich im Proterozoikum, vor etwas über 2 Mrd. Jahren. Diese enthielt nun erstmals auch zunehmend Sauerstoff. Vor 1 Mrd. Jahre betrug der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre 3 % (heute sind es ca. 21 %), und während der folgenden mehreren hundert Millionen Jahre konnte eine erste Ozonschicht entstehen.
Im Proterozoikum gab es mehrere Vereisungen, von denen einige möglicherweise global waren, d. h., die Erde wäre dann nahezu vollständig von Eis bedeckt gewesen.
Man nimmt an, dass sich im späten Proterozoikum vor 1,1 Mrd. Jahren ein Superkontinent gebildet hatte – der ähnlich wie Pangäa alle Landmassen in sich vereinigte. Man nennt ihn Rodinia. Vor 800 Mio. Jahren zerfiel Rodinia wieder.
Vor etwa 2 Mrd. Jahren begannen einige Bakterien, Sauerstoff zur Energiegewinnung zu nutzen, und bald darauf traten die ersten Einzeller mit Zellkern auf (Eukaryoten genannt) – im Gegensatz zu Prokaryoten also komplexer strukturierte Bakterien. Aus solchen Zellen bestehen auch alle Tiere und Pflanzen.
Kurz vor dem Ende des Proterozoikums, vor 575 Mio. Jahren, entstanden die ersten Fossilien, die man auch mit bloßem Auge sehen kann. Diese sogenannte Ediacara-Fauna besteht aus Abdrücken von Weichtieren.
- Abb. 2 ¦ Granit
- Unter den am Ostseestrand zu findenden Steinen sind viele Granitbrocken, die von den Gletschern der Eiszeit aus Skandinavien herantransportiert wurden. Sie sind meist etwa 1–2 Milliarden Jahre alt, entstanden also im Proterozoikum. Granit entsteht, wenn Magma, also Gesteinsschmelze, unterhalb der Erdoberfläche erstarrt. In der Regel bildet sich Granit aus aufgeschmolzenem Krustenmaterial, in mehr als 2 Kilometern Tiefe. Die Erdkruste kann von unten aufschmelzen, wenn es beispielsweise unter Gebirgen zu erhöhter Wärmezufuhr aus dem Erdmantel und durch Verschiebungen oder Hebungen der Kruste zu einer Druckentlastung kommt. Geringerer Druck hat einen niedrigeren Schmelzpunkt zur Folge – das Krustengestein schmilzt zu Magma. Erstarrt dieses dann wieder, bildet sich Granit. Wird dann das Gebirge durch Erosion abgetragen, tritt der Granit an die Oberfläche und ist nun selbst der Erosion ausgesetzt.
Kambrium – Die Kambrische Explosion
541 bis 485 Mio. Jahre vor heute
Über die Lage der Kontinente ist aus dem Präkambrium wenig bekannt. Erst ab etwa dem Kambrium weiß man einigermaßen genau, wie die Kontinente verteilt waren. Im späten Proterozoikum war der Superkontinent Rodinia in die vier Kontinente Baltica (Nordosteuropa), Laurentia (Nordamerika und Grönland), Sibiria (Sibirien) und den Superkontinent Gondwana (Afrika, Südamerika, Indien, Australien, Antarktika und Arabien, sowie einige Kleinkontinente wie Avalonia [Teile von Mittel- und Westeuropa] und Armorica [Teile von West- und Südeuropa]) zerbrochen.
Europa war damals also über mehrere Kontinente verteilt.
Zu Beginn des Kambriums wurde das Klima vermutlich wärmer, wodurch der Meeresspiegel stieg und flache, warme Schelf- und Epikontinentalmeere entstanden (Epikontinentalmeere sind Meere, die auf Kontinenten liegen). Solche flachen, warmen Meere sind eine ideale Umgebung für Lebewesen – denn Leben war im Kambrium immer noch nur im Ozean möglich. Die Ediacara-Fauna war bereits am Ende des Proterozoikums größtenteils wieder ausgestorben. Stattdessen erschienen im Kambrium stattdessen viele neue Gruppen vielzelliger Tiere – da so viele Tiere in relativ kurzer Zeit entstanden, spricht man von der Kambrischen Explosion. Eine „Explosion“ war dies allerdings nur in geologischen Zeiträumen, zog sich die Entwicklung doch immer noch über 5 bis 10 Mio. Jahre hin.
Die Zahl der Fossilien aus dieser Zeit ist aber nicht nur höher, weil es insgesamt mehr Arten gab, sondern auch, weil es mehr Arten gab, die Skelette oder Gehäuse besaßen – also mehr Arten, die überhaupt als Fossilien enden konnten.
Typische Tiere des Kambriums sind bspw. Trilobiten (inzwischen ausgestorbene Gliederfüßer), aber auch Brachiopoden (Armfüßer; sie sehen auf den ersten Blick aus wie Muscheln – ich als Biologie-Laie habe sie jedenfalls erst dafür gehalten).
Europa und Deutschland
Europa bildete damals keinen zusammenhängenden Kontinent, sonder war verteilt über Baltica und Gondwana. Gesteine aus dem Kambrium sind in Mitteleuropa meist überdeckt von jüngeren Sedimenten oder bei späteren Gebirgsbildungen umgewandelt worden. In Deutschland hat man in einigen Mittelgebirgen Gesteine aus dem Kambrium gefunden, in Norddeutschland haben die eiszeitlichen Gletscher aus Skandinavien Gesteine des Kambriums herantransportiert (bspw. Findlinge oder die Ostseekiesel).
- Abb. 3 ¦ Sandstein mit Wurmgängen
- Unter den am Ostseestrand zu findenden Steinen finden sich etliche Sandsteinbrocken, die von den Gletschern der Eiszeit aus Skandinavien herantransportiert wurden. Sie sind meist etwa 550 Millionen Jahre alt, entstanden also im Kambrium. Sandstein ist ein Sedimentgestein. Er entsteht, wenn große Mengen Sand ins Meer gespült werden, sich dort am Boden nach und nach in Schichten absetzen, und sich dann im Laufe der Zeit verfestigen. In den hier gezeigten Sandsteinbrocken sind versteinerte Lebensspuren von Würmern aus dem Kambrium zu erkennen (etwa 550 Millionen Jahre alt).
- Abb. 4 ¦ Sandstein mit Spurenfossil
- Die dunklen Striche auf diesem Sandstein hier sind ebenfalls Spurenfossilien – Wurmgänge, die anschließend mit einem dunkleren Sediment gefüllt wurden. (Für diejenigen, die sich noch an das Fragezeichen an dieser Stelle erinnern – inzwischen hat mir ein Experte bestätigt, dass es sich um ein Spurenfossil handelt.)
Ordovizium – erste Moose
485 Mio. bis 443 Mio. Jahre vor heute
Im Ordovizium bestanden die vier Kontinente Gondwana, Laurentia, Baltica und Sibiria im Wesentlichen weiter. Allerdings löste sich im Unterordovizium Avalonia (zu dem u. a. das heutige Norddeutschland und England gehören) vom Nordrand Gondwanas und driftete nach Norden. Im Oberordovizium erreichte Avalonia den Kontinent Baltica und lagerte sich an dieses an. Zwischen Avalonia und Gondwana entstand ein neuer Ozean, der Rheische Ozean. Baltica driftete seinerseits auf Laurentia zu, der Ozean zwischen diesen beiden (der Iapetus-Ozean) begann deswegen, sich zu schließen. Im Silur und Devon faltete sich bei der Schließung von Iapetus das kaledonische Gebirge auf.
Zu Beginn des Ordoviziums war es so warm, dass beide Pole eisfrei waren – weil also wenig Wasser in Eis gebunden war, lag der Meeresspiegel hoch und es gab ausgedehnte Schelfmeere und Epikontinentalmeere (also flache Meere, die über Kontinentränder hinwegreichen [Schelfmeere] oder auf Kontinenten liegen [Epikontinentalmeere]).
Wurden Riffe wurden bislang (u. a.) von Cyanobakterien gebildet, traten im Ordovizium Korallen auf und übernahmen die „Aufgabe“ als Riffbildner. Armfüßer erschienen in vielen neuen Arten und auch Moostierchen, Seelilien, Seeigel und Seesterne traten erstmals auf.
Vermutlich hat es im Ordovizium sogar schon die ersten Landpflanzen gegeben, denn in Sedimenten aus dem oberen Ordovizium wurden Sporen von Moosen gefunden.
- Abb. 5 ¦ Crinoidenkalk
- Seelilien gab es im Ordovizium und im Silur so viele, dass sie manchmal gesteinsbildend waren. Den Kalk, in dem ihre Reste massenhaft auftreten, nennt man deshalb Crinoidenkalk, nach dem lateinischen Namen der Seelilien. Um die Seelilienreste besser zu sehen, hilft es, den Stein nass zu machen. In den rot markierten Bereichen erkennt man Teile der Stiele, in den schwarz markierten Querschnitte von Stielen mit dem Hohlraum in der Mitte. Orange markiert sind Teile, die fast aussehen, als könnte es sich um Reste der Arme handeln. Im unteren Bild ist ein Ausschnitt aus dem oberen zu sehen. Der Stein stammt vom Strand der Ostsee, kommt also ursprünglich aus Skandinavien und fand erst in der Eiszeit seinen Weg an die deutsche Ostseeküste.
Silur – Kaledonische Gebirgsbildung
443 Mio. bis 419 Mio. Jahre vor heute
Bereits im Ordovizium hatte Baltica (zusammen mit Avalonia, das sich inzwischen an Baltica angelagert hatte) sich auf Laurentia zubewegt; im unteren Silur kollidierten die beiden Kontinente nun und bildeten einen neuen Großkontinent, der Laurussia oder Euramerika genannt wird. Dabei wurde der skandinavische Teil des kaledonischen Gebirges aufgefaltet, also die Gebirge Skandinaviens und Schottlands. Im Silur war das kaledonische Gebirge vermutlich so hoch wie heute der Himalaja. (Zur Gebirgsbildung oder Orogenese siehe auch Geodynamik)
Am Nordrand Gondwanas befand sich damals Armorica, welches Teile des heutigen West- und Südeuropas umfasste. Armorica brach im oberen Silur zusammen mit weiteren Kleinkontinenten vom Nordrand Gondwanas ab und driftete nordwärts auf Euramerika zu.
Auch im Silur war das Klima warm und es gab ausgedehnte flache Meere auf den Kontinenten. In den Epikontinentalmeeren in Äquatornähe bildeten Korallen und Stromatoporen Riffe, aus denen der Kalkstein auf der schwedischen Insel Gotland oder in den Karnischen Alpen in Österreich entstand.
Tierisches Leben gab es nach wie vor nur im Meer – aus dem Obersilur stammt der erste fossile Knochenfisch. Auf dem Land gab es aber bereits Sporenpflanzen. Im mittleren Silur erschienen die ersten Gefäßpflanzen. Gefäßpflanzen transportieren Wasser und Nährstoffe in so genannten Leitbündeln.
- Abb. 6 ¦ Kalkstein mit Fossil
- Der am Ostseestrand zu findende Kalkstein ist oftmals um die 420 Millionen Jahre alt, stammt also aus dem Silur. Kalkstein ist ein Sedimentgestein, das entsteht, wenn Schalenreste von abgestorbenen Meerestieren auf den Meeresboden sinken und sich dort im Laufe der Zeit verfestigen. Meist sind diese Schalenreste mikroskopisch klein, aber man findet oft auch größere Schalenreste. In diesen Kalksteinbrocken sind Fossilien von Armfüßern (Brachiopoden) enthalten. Manchmal sieht man sie schon von außen (oben), meist muss man den Kalkstein jedoch aufschlagen (unten). Armfüßer ähneln Muscheln, haben aber Tentakel zu beiden Seiten des Mundes. Es gibt auch heute noch lebende Armfüßer.
- Abb. 7 ¦ Im norwegischen Fjell
- Im Silur vereinigten sich die Kontinente Baltica und Laurentia zum Großkontinent Euramerika. Durch das Auffalten der aufeinanderprallenden Krustenteile entstanden mit dem kaledonischen Gebirge unter anderem das norwegische Fjell. Die ursprünglich 6000 bis 8000 Meter hohen Berge sind infolge von Erosion heute nur noch Rumpfgebirge.
Devon – erste Fische
419 Mio. bis 356 Mio. Jahre vor heute
Zwei große Kontinente bestimmten das Aussehen der Erde im Wesentlichen im Devon: Gondwana und Euramerika. Gondwana driftete nach Norden.
Baltica hatte sich bereits im Silur auf Laurentia zubewegt und dabei den skandinavischen Teil des kaledonischen Gebirgen aufgefaltet. Nun schob sich Avalonia auch an Laurentia heran, wobei der Iapetus-Ozean sich endgültig auf dem letzten Stück zwischen Avalonia und Laurentia schloss. Dabei faltete sich nun auch der nordamerikanische Teil des kaledonischen Gebirges auf (die Appalachen).
Das kaledonische Gebirge fand im Devon aber auch schon wieder sein Ende, denn im Laufe des Devon wurde es zunehmend durch Erosion abgetragen.
Im Silur hatte Armorica sich mit anderen Kontinentstücken (man nennt solche Kleinstkontinente Terrane) vom Nordrand Gondwanas gelöst. Während Armorica und die anderen Terrane nordwärts drifteten, wurde der Rheische Ozean zwischen diesen und Euramerika subduziert. Hinter den Terranen öffnete sich im Gegenzug ein neuer Ozean: die Paläothetys.
Zwar war es im Devon warm und trocken – was wiederum mit hohem Meeresspiegel und entsprechend großen Schelfmeeren einherging –, aber möglicherweises ließ am Ende des Devon eine Vereisung der Pole die Ozeane auf der ganzen Erde abkühlen. Diese Abkühlung könnte schuld an dem Massensterben im oberen Devon sein, von dem viele Meeresbewohner betroffen waren.
Im Devon entwickelten sich die Fische – Quastenflosser und Lungenfische. Außerdem eroberte die Tierwelt endlich das Land: Amphibien und ersten Insekten erschienen.Die Pflanzen waren schon ein Stück weiter: Urfarne und Bärlappgewächse breiteten sich aus und in den tropischen Sumpfgebieten dehnten sich die ersten Wälder. Außerdem gibt es im Devon erste Hinweise auf Mykorrhiza, einer Symbiose zwischen Pilz und Pflanze, die der Pflanze die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen erleichtert. Heute profitieren 80 % aller Landpflanzenarten von einer solchen „Zusammenarbeit“.
- Abb. 8 ¦ Teichmolch
- Im Devon tauchten die ersten Amphibien auf. Diese Amphibie ist ein Teichmolch in unserem Gartenteich und deutlich jünger. (Oberhalb des Molches, in nahezu rechtem Winkel zu diesem kann man noch einen zweiten erkennen.)
Europa und Deutschland – das rheinische Schiefergebirge
Im Devon wurde die Grundlage für das rheinische Schiefergebirge gelegt. Das eigentliche Gebirge sollte erst im Karbon entstehen, und zwar auf dem alten Avalonia am Südrand Euramerikas. Im Devon lag der Südrand Euramerikas noch flach unter einem Schelfmeer. Das kaledonische Gebirge verwitterte jedoch nach und nach und der Verwitterungsschutt lagerte sich im Unterdevon (u. a.) in dem Meer am Südrand Euramerikas ab. Als das Gebirge abgetragen war, hörte der Zustrom von sandigen und tonigen Sedimenten natürlich auf. Im mittleren Devon bauten Stromatoporen, hier (in dem Schelfmeer am Südrand Euramerikas) dann Riffkalke, die sich heute bspw. in den Gerolsteiner Dolomiten (siehe Vulkaneifel) und dem Lahnmarmor zeigen. Stromatoporen hatten im Devon ihre Blütezeit (siehe Karst/Kalkstein).
Im mittleren Devon kam es zu einer Dehnung der Erdkruste, das Meer vertiefte sich und der Schelf wurde ausgedünnt. In der gedehnten Kruste bildeten sich Risse, durch die Magma an die Erdoberfläche dringen konnte – untermeerische Vulkane entstanden.
- Abb. 9 ¦ Stromatoporen
- Diese glatt geschliffene Felswand im Unica-Steinbruch bei Villmar an der Lahn zeigt Fossilien aus dem mittleren Devon (von vor 380 Mio. Jahren). Der Unica-Bruch ist ein ehemaliger Marmor-Steinbruch, der heute als Naturdenkmal frei zugänglich ist.
Streng genommen ist der Lahnmarmor kein echter Marmor, sondern ein Massenkalk (Riffkalk), der vor 380 Mio. Jahren in einem flachen warmen Meer entstand, als Stromatoporen Riffe auf vulkanischen Rücken aufbauten.
Karbon – variszische Gebirgsbildung und Kohlelager
356 Mio. bis 299 Mio. Jahre vor heute
Bereits seit dem Devon drifteten Gondwana und Euramerika aufeinander zu. Der Rheische Ozean schloss sich und war im Oberkarbon vollständig verschwunden. Die Paläothetys wuchs dagegen – ihr Westteil schloss sich jedoch im Unterkarbon mit fortschreitender Norddrift Gondwanas.
Als Gondwana und Euramerika im Oberkarbon aufeinandertrafen, wurde das variszische Gebirge aufgefaltet, zu dem u. a. die südlichen Appalachen in Nordamerika und die deutschen Mittelgebirge wie Schwarzwald, Harz und Rheinisches Schiefergebirge gehörten.
Das Klima war zunächst tropisch und dauerfeucht. Dadurch, dass Euramerika und Gondwana nun vereinigt waren, waren jedoch Küstenlinien verschwunden – weniger Gebiete hatten feuchtes Meeresklima und das Klima wurde insgesamt trockener. Im späten Karbon gab es ähnliche Wechsel zwischen Eiszeiten und Zwischeneiszeiten wie heute (siehe Quartär und Eiszeit). Das ging mit einem schwankenden Meeresspiegel einher – Wasser, das im Eis gebunden ist, steht dem Ozean nicht zur Verfügung, weshalb während einer ausgedehnten Eisbedeckung der Meeresspiegel niedriger liegt als in einer Zwischeneiszeit.
Da sich die Landpflanzen ausgebreitet hatten, hatte sich aufgrund der Photosynthese die Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert: Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre betrug im Karbon 32,5 %, also 50 % mehr als heute. Der hohe Sauerstoffgehalt ermöglichte wiederum den Insekten, sehr groß zu werden – Libellen hatten bis zu 60 cm Flügelspannweite. Erste Reptilien tauchten auf.Auch einige Pflanzen waren größer als ihre heutigen Nachfahren: Manche Bärlappgewächse erreichten Höhen von bis zu 40 m, Schachtelhalme wurden bis zu 20 m hoch. Im Oberkarbon traten erste Nacktsamer auf. Die Sumpfwälder verschwanden zum Ende des Karbon, für sie wurde das Klime zu trocken. Trockenheitsresistentere Nadelgewächse (die zu den Nacktsamern gehören) breiteten sich aus.
Europa und Deutschland
Als Gondwana und Euramerika kollidierten, wurden die dazwischen liegenden Kleinkontinente (wie Armorica) mit eingebaut. Der Ozean wurde subduziert und die Sedimentschichten aus dem Devon zum variszischen Gebirge aufgefaltet. Die variszische Gebirgsbildung erreichte in Mitteleuropa im Oberkarbon ihren Höhepunkt. Drei variszische Gebirgsbögen entstanden: Auf dem früheren Avalonia (inzwischen am Südrand von Euramerika) entstand im Karbon das Rhenoherzynikum, der nördlichste der drei Gebirgsbögen. Zum Rhenoherzynikum gehören Rheinisches Schiefergebirge und Harz. Die Hunsrück-Taunus-Südrandstörung stellt die Grenze dar, zwischen dem Rhenoherzynikum und dem zweiten Gebirgsbogen, dem Saxothuringikum (hierzu gehören Erzgebirge, Thüringer Wald, Odenwald, Nordschwarzwald). Vermutlich stellt diese Störung die Kontaktzone zweier Kontinentalplatten dar. Hier würden demnach Avalonia und Armorica aneinanderstoßen.
Kohle
Mitteleuropa und Deutschland lagen im Karbon am Äquator und Sumpfwälder mit üppigem Pflanzenwachstum gediehen hier. Abgestorbene Pflanzen versanken im Sumpf. Unter Wasser konnten sie nicht zu Humus zersetzt werden, stattdessen entstand Torf. Wegen des Wechsels zwischen Eis- und Zwischeneiszeiten schwankte der Meeresspiegel im späten Karbon, weshalb einige Gebiete immer wieder von Meerwasser überflutet wurden. Gleichzeitig wurde das variszische Gebirge durch Erosion abgetragen und bildete Sedimente im Meer. Die Sümpfe wurden daher immer wieder mit Sedimenten bedeckt. Unter diesen Sedimenten nahmen Druck und Temperatur zu und der Torf wandelte sich allmählich in Steinkohle um. Fiel das Gebiet wieder trocken, entstanden neue Sümpfe – und das ganze Spiel aus Sumpfwald–Torf–Überflutung mit Sedimentbildung–Steinkohle begann von neuem.
In diesem Gebiet nördlich des Gebirges liegen u. a. die Kohlenflöze des Ruhrgebietes, 3000 m mächtige Schichten mit bis zu 200 Kohleflözen, deren jeder bis zu 2 m dick ist. Jeder dieser Flöze war einmal ein tropischer Sumpfwald.
- Abb. 10a ¦ Steinkohlekraftwerk Rostock
- Im Karbon entstanden die Steinkohlevorräte, die wir heute nutzen. Steinkohle ist ein Sedimentgestein, dass aus abgestorbenen Pflanzenteilen besteht, die unter Luftabschluss (durch darüberliegende andere Sedimente wie Tone) und hohem Druck verdichtet und umgewandelt wurden. Steinkohle besteht zu 50 Gewichtsprozent aus Kohlenstoff und wird zur Energieerzeugung in Kraftwerken genutzt.
- Abb. 10b ¦ Urfarn-Fossil
- Dieses Stück eines Urfarns (Imparipteris (Neuropteris) Schlehani) stammt aus dem Karbon. Er wurde gefunden im Flöz Sarnsbänksken in der Zeche Altstaden in Oberhausen (allerdings nicht von mir, ich habe dieses Fossil geschenkt bekommen).
Perm – Superkontinent Pangäa
299 Mio. bis 252 Mio. Jahre vor heute
Im Perm entstand der Superkontinent Pangäa, der alle Landmassen in sich vereinigte. Bereits im Karbon hatten sich Euramerika und Gondwana zusammengeschlossen. Nun kollidierte auch noch Sibiria mit Euramerika, wobei der Ural aufgefaltet wurde. Bereits im Oberperm kündigte sich jedoch der bevorstehende Zerfall Pangäas an.
Zu Beginn des Perms gab es auf den Südkontinenten noch Gletscher, aber die steigenden Temperatur ließ bis spätestens vor 290 Mio. Jahren das Eis verschwinden. Das Klima erwärmte sich nicht kontinuierlich, und mit dem schwankenden Temperaturanstieg schwankte auch der Meeresspiegel, sodass Kontinentteile immer wieder überflutet wurden, um anschließend wieder trocken zu fallen. Wenn ein solches Epikontinentalmeer trocken fiel, das Meerwasser also verdunstete, lagerte sich das Salz aus dem Wasser ab. Auf die Weise bildeten sich mächtige Salzlagerstätten (siehe auch im nächsten Abschnitt „Europa und Deutschland“).
Die zunehmende Trockenheit machte sich auch in der Artenzusammensetzung bemerkbar: Farnpflanzen wichen trockenresistenten Nadelgehölzen; Reptilien breiteten sich auf Kosten der Amphibien aus, da sie besser mit der Trockenheit zurecht kommen.
Am Ende des Perm kam es zum größten Massensterben der Erdgeschichte: 95 % der Meeresbewohner und 65 % der Landbewohner starben aus. Die Schuld daran trägt möglicherweise ein mächtiger Vulkanausbruch in Sibirien, bei dem innerhalb von 600 000 Jahren die Sibirischen Trapps entstanden, 3 km mächtige Flutbasalte auf einer Fläche, die 7-mal so groß ist wie Deutschland. Die vom Vulkan ausgestoßenen Staubwolken könnten zunächst das Sonnenlicht abgeschirmt haben, wodurch das Klima abkühlte. Zwar wird der Staub im Laufe der Zeit vom Regen ausgewaschen, aber nun könnten die in der Atmosphäre verbliebenen Treibhausgase (die ebenfalls aus den Vulkanen stammen) das Klima erwärmt haben, woraufhin die Meere umgekippt wären.
Europa und Deutschland
Im Perm war Mitteleuropa zunächst von der Paläothetys abgeschnitten. Dann öffnete sich Pangäa jedoch zur Paläothetys hin, wodurch die Kruste gedehnt wurde. Nördlich der Varisziden bildete sich daraufhin ein Becken (das Germanische Becken). Dieses Becken bestand bis zum Ende der Kreide. Seine Nordgrenze bildeten die Britischen Inseln und der baltische Schild, die Südgrenze ein Hochland südlich von Zürich, Augsburg und Regensburg. Im Germanischen Becken lagerten sich die beiden charakteristischen Sedimentschichten des Perm ab: Zunächst lagerte sich Erosionsmaterial aus dem variszischen Gebirge unter trockenen Bedingungen ab und es entstand das Rotliegend. Anschließend sank die Kruste, sodass von Norden ein flaches Randmeer eindringen konnte und das gesamte Gebiet überflutete. Die in diesem Meer abgelagerten Sedimente bestehen größtenteils aus Steinsalz und Gips (der Zechstein) enthalten Kupferschiefer, einen Tonstein, der als Silber- und Kupferlieferant vom Mittelalter bis zum Ende des 20. Jahrhunderts genutzt wurde.
Da die Erdkruste weiterhin in Bewegung war, bildeten sich mit Wasser gefüllte Senken, die durch Schwellen vom Ozean abgetrennt waren. Das Wasser in diesen Senken verdunstete allmählich. Das Salz blieb jedoch zurück, wodurch sich die Salzkonzentration des verbliebenen Wassers erhöhte. War nicht mehr genug Wasser übrig, um alles vorhandene Salz auflösen zu können, fiel das Salz aus (d. h., es setzte sich ab). Konnte Meerwasser über die Schwelle nachströmen und die Senke wieder füllen, wiederholte sich das Ganze. Fiel eine Senke endgültig trocken, wurde sie von angewehtem Material bedeckt. Auf die Weise entstanden im Perm die Salzlager Norddeutschlands. (Denen ich letztlich meinen Namen verdanke, denn die Familie Salzmann stammt aus der Lüneburger Heide.)
- Abb. 11 ¦ Kiefern im Moor
- Die Vorfahren unserer heutigen Nacktsamer, von denen die Kiefer in Norddeutschland recht häufig ist, stammen aus dem Perm. (Dieses Foto entstand im Großen Ribnitzer Moor bei Graal-Müritz, meinem Lieblingsspazierweg.)
- Abb. 12 ¦ Salzkristalle unter dem Mikroskop
- Salzkristalle (40-fache Vergrößerung.)
Salz heißt nicht umsonst auch „weißes Gold“, denn es ist lebensnotwendig.
Trias – erste Säugetiere und Samenpflanzen
252 Mio. bis 201 Mio. Jahre vor heute
Aus dieser Zeit stammen Sedimente, die eine auffällige Dreiteilung ihrer Schichten aufweisen – Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper. Nach dieser Dreiteilung ist die Trias benannt.
Zu Beginn der Trias hingen Nordamerika und Europa noch mit Südamerika und Afrika zusammen, doch nun begann Pangäa zu zerfallen. Grabenbrüche bildeten sich zwischen Nordamerika und Europa auf der einen und Südamerika und Afrika auf der anderen Seite. In diese Brüche drang das Thetys-Meer westwärts ein und trennte Afrika schließlich von Europa. (Zu Grabenbrüchen siehe Geodynamik)
Vom Ostrand Gondwanas lösten sich die Kimmerischen Terrane (Türkei, Iran, Tibet) und drifteten nach Norden. Vor ihnen wurde die Paläothetys subduziert und verschwand, hinter ihnen öffnete sich die Thetys. (Zwar lagen beide Meere an derselben Stelle, aber tatsächlich waren es zwei verschiedene Ozeane.) (Einer anderen Theorie zufolge handelt es sich bei Kimmeria allerdings um Inseln vulkanischen Ursprungs.)
Das Klima der Trias war heiß und trocken, weite Teile Pangäas waren von Wüsten bedeckt, was sich auch in der Pflanzenwelt widerspiegelte: Samenpflanzen gewannen gegenüber den Sporenpflanzen, weil sie Trockenheit besser vertragen.
Die Reptilien erlebten einen geradezu explosionsartigen Aufschwung, aber auch die ersten Säugetiere erschienen. Krokodile, Flugsaurier und Dinosaurier entwickelten sich.
- Abb. 13 ¦ Die tausendjährige Eibe von Mönchhagen
- Die ersten Eibengewächse entstanden in der Trias. Diese Eibe ist einige hundert Jahre alt (wenn auch wohl nicht ganz die tausend Jahre, die man ihr nachsagt) und ist das Wahrzeichen Mönchhagens.
Europa und Deutschland
Im Germanischen Becken (siehe Perm) lagerten sich die drei charakteristischen Sedimente der Trias ab: Buntsandstein (als unterste und somit älteste Schicht), Muschelkalk und zuletzt Keuper. Das variszische Gebirge war bereits recht weit erodiert und je flacher ein Gebirge ist, desto feiner ist das abgetragene Material. Im Buntsandstein herrschen deshalb Sand, Schluff und Ton vor. Flüsse verteilten das Material in ganz Deutschland. Buntsandstein war unter trockenen Bedingungen entstanden, aber nun drang ein Ausläufer der Thetys von Süden her ein. Die Verbindung zur Thetys wurde nach dem Eindringen des Wassers abgeriegelt und das flache Muschelkalkmeer entstand. Während dieser Überflutungsphase bildete sich der Muschelkalk – schon der Name deutet darauf hin, dass dieses Sediment im Meer entstand. Das Muschelkalkmeer dampfte ein und es bildeten sich Lagerstätten von Steinsalz (u. a. bei Heilbronn). Keuper entstand dann wieder auf trocken liegendem Land.
Im Gebiet der heutigen Alpen findet sich diese Dreiteilung nicht. Dieses Land lag damals unter dem Thetys-Meer, sodass während der ganzen Trias marine Bedingungen herrschten. Es bildeten sich Riffkalke, in tieferem Wasser auch Sedimente aus Ton, Kalk und Mergel. In dieser Zeit entstanden die Salzlager in den Alpen, als eine Schwelle das Flachmeer abriegelte.
- Abb. 14 ¦ An den Gosauseen in den österreichischen Alpen
- Die Gosauseen im Salzkammergut liegen in einem Grabenbruch zwischen dem Riffkalk des Gosaukamms und dem Sedimentkalk des Dachsteins. Das Foto ist in Richtung Gosaukamm aufgenommen (jedenfalls soweit ich mich erinnere …)
- Abb. 15 ¦ Steinsalz
- Steinsalz im Schaubergwerk Bad Altaussee im Salzkammergut
- Abb. 15b ¦ Helgoland
- Das rote Gestein Helgolands besteht aus Sedimenten aus der Verwitterung der variszischen Gebirge und bildete sich in der Trias. Die eisenhaltigen Verwitterungsprodukte oxidierten und gaben dem Buntsandstein die charakteristische rote Farbe. Da sich das Nordseebecken senkte, konnte hier immer mehr Material abgelagert werden, bis ins Tertiär hinein. Der Druck auf die unteren Schichten wuchs. Ganz unten lag aber Salz, das sich im Zechsteinmeer im Perm abgelagert hatte. Salz lässt sich nicht beliebig verdichten – wird der Druck zu hoch, weicht es aus und steigt an Schwächezonen nach oben. Dabei hebt es auch darüberliegende Schichten an. Deshalb ist Helgoland heute oberhalb des Meeresspiegels zu sehen. Die Aufwölbung der Sandsteinschicht über dem Salzkissen kann man an der Neigung der Sandsteinschichten erkennen.
- Abb. 16 ¦ Gingko
- Unser Gingkobaum im Garten
Jura – Pangäa zerbricht
201 Mio. bis 145 Mio. Jahre vor heute
Im Laufe des Jura setzte sich der Zerfall Pangäas fort. Der Zentralatlantik und der Golf von Mexiko öffneten sich und teilten Pangäa in den Nordkontinent Laurasien (Nordamerika, Europa, Asien) und den Südkontinent Gondwana – an etwa der Linie, an der 100 Mio. Jahre zuvor Euramerika und Gondwana verschmolzen waren.
Afrika verschob sich im späten Jura nach Westen und in den heutigen Südalpen entstand ein Tiefseebecken. Indien und die Antarktis lösten sich von Afrika, wobei sich eine Verbindung zwischen Thetys und Südpazifik öffnete. Gleichzeitig bildete sich eine Verbindung von der Thetys über den Atlantik zum Pazifik.
Die Kimmerischen Terrane lagerten sich an Laurasien an.
Die beiden Kontinente blieben eine Weile erhalten: Gondwana bis zum Beginn der Kreide, Laurasien sogar bis zum Paläogen (um sich dann in Nordamerika und Eurasien zu teilen) – allerdings waren Teile der Verbindung zwischen Nordamerika und Eurasien im Jura überflutet. Europa war damals eine Inselgruppe in einem flachen Meer.
Da nach dem Zerbrechen Pangäas wieder mehr Küsten existierten und mehr Landstriche unter dem Einfluss von Meeresklima lagen, wurde das Klima im Jura feuchter, blieb aber zunächst warm. Zur Kreide hin kühlte es jedoch vorübergehend ab.
Im späten Jura erschienen einige der berühmteren Tiere: zum einen die größten Dinosaurier, die je existiert haben, wie Brontosaurier oder Allosaurus; zum anderen entstand in Europa der Archäopterix. Dieses nur krähengroße Tier stand an der Schwelle zwischen Saurier und Vogel: Er verfügte schon über ein Federkleid mit Schwungfedern, hatte aber auch noch Finger mit Krallen und Zähne.
Säugetiere gab es ebenfalls und im Meer leben u. a. Ichthyosaurier und Plesiosaurier.
Unter den Pflanzen waren Palmfarne sehr häufig, aber es gab auch Gingkobäume und Nadelhölzer (bspw. Mammutbäume oder Kiefern).
Europa und Deutschland
Zu Beginn des Jura wurde Mitteleuropa fast vollständig überflutet und mächtige Tonsteine lagerten sich ab. Diese Tonsteine enthielten viel Plankton, also organisches Material und aus diesem entwickelten sich Erdöllagerstätten: Das Plankton war im Ton luftdicht eingeschlossen und konnte deshalb nicht verwesen. Die darüberliegenden Sedimentschichten erzeugten einen hohen Druck und eine hohe Temperatur. Beides – hoher Druck und hohe Temperatur – sorgte dafür, dass das Plankton sich stattdessen in Erdöl umwandelte.
Teile Böhmens und die Rheinische Masse blieben Festland und trennten den Norddeutschen vom Süddeutschen Jura (besser gesagt, die Meeresbereiche, aus denen die beiden Jura später entstanden). In Süddeutschland bildete sich im Laufe des Jura die charakteristische Sedimentfolge: Schwarzer Jura (Sandstein, Ton, Kalk), Brauner Jura (eisenreicher Sandstein, Ton, Kalk), Weißer Jura (heller Kalk). Das Material für diese Sedimente wurde von Flüssen in die flachen Meere eingebracht.
Als später im Paläogen die Alpen aufgefaltet wurden, wurde auch das Juragebirge aus den Sedimentschichten des Jura aufgefaltet (weil sowohl das Zeitalter als auch die Sedimentschichten als auch das Gebirge Jura heißen, muss man ein bisschen aufpassen, wovon man gerade spricht).
Kreide – Dinosaurier und Kreidefelsen
145 Mio. bis 66 Mio. Jahre vor heute
In der Kreide zerfiel Pangäa endgültig und das heutige Bild der Erdoberfläche ließ sich langsam erahnen. Australien und Antarktis lösten sich von Gondwana, blieben aber miteinander verbunden. Afrika und Südamerika trennten sich voneinander, wobei sich der Südatlantik öffnete. Indien löste sich von Afrika und begann, in Richtung Asien zu driften. Im Nordatlantik begann die Trennung Europas von Nordamerika.
Wenn irgendwo ein neues Meer entsteht (gemeint ist ein Tiefseebecken), entsteht neue ozeanische Kruste. Wenn neue Kruste entsteht, muss an anderer Stelle Kruste verschwinden (subduziert werden [siehe Geodynamik/Subduktion und Gebirgsbildung]). Das galt auch für die Öffnung des Atlantiks – zum Ausgleich hierfür wurde (und wird) an den Westküsten von Nord- und Südamerika ozeanische Kruste subduziert. Die amerikanischen Kontinente drifteten dabei westwärts und die Anden und Rocky Mountains begannen zu wachsen.
Das Klima war in der Kreide wärmer und feuchter als heute, sodass – mit Ausnahme der frühen Kreide – die Erde während der gesamten Zeit eisfrei war. Die Ursache für das warme Klima liegt möglicherweise in dem intensiven Vulkanismus während der Kreide, denn bei Vulkanausbrüchen entweichen immer auch Treibhausgase.
In der Kreide entstanden die als Schreibkreide bekannten weichen Kalksteine, die auch die bekannte weiße Steilküste Rügens bilden. Die „Urheber“ der Kreidefelsen sind Kalkalgen, die sich während der Kreide ausbreiteten. Nach dem Absterben der Algen sedimentierten deren Skelette und bildeten im Laufe der Zeit ein nur wenig verfestigtes Sedimentgestein. Wie weich dieser Kalkstein ist (dass er kaum den Namen „Stein“ verdient), sieht man an den vor allem nach langen Regenperioden auftretenden Abbrüchen an den Rügener Kreidefelsen, bei denen es auch immer wieder zu Todesopfern kommt, weil Spaziergänger die Gefahr der Abbrüche unterschätzen. Auch die berühmten Wissower Klinken sind 2005 einem Abbruch zum Opfer gefallen.
Größere Lebewesen in der Kreide waren bspw. moderne Haie und eine Vielzahl von Belemniten (deren Überreste man als Donnerkeile am Ostseestrand finden kann). Seeigel erlebten eine Blütezeit und können mit Glück am Ostseestrand als Fossil gefunden werden – was mir leider noch nie gelungen ist.
Die bekanntesten Lebewesen der Kreide sind wohl die Dinosaurier. Aber auch Säugetiere traten bereits in großer Vielfalt auf. Erste strauchige Blütenpflanzen entwickelten sich und Laubbäume erschienen.
- Abb. 17 ¦ Donnerkeile
- Die fossilen Innenskelette von Belemniten nennt man auch Donnerkeil, wegen ihrer länglichen, geschossartigen Form. Sie galten als Heilmittel unter anderem gegen Hexenschuss.
Das Dinosauriersterben
Das wohl bekannteste Massensterben der Erdgeschichte spielte sich am Ende der Kreide ab: das Aussterben der Dinosaurier. Die Dinosaurier waren die berühmtesten Opfer, aber nicht die einzigen – auch viele Meeresbewohner starben aus. Vögel und Säugetiere überlebten, wurden aber stark dezimiert.
Schuld war wahrscheinlich ein Meteor mit 10 km Durchmesser, der zum Ende der Kreide einschlug. Der Einschlagskrater befindet sich auf Yucatán in Mexiko. Bei dem Einschlag wurden große Gesteinsmengen bis ins Weltall geschleudert, die ihrerseits Einschläge an vielen Stellen der Erde erzeugten, als sie wieder herabfielen. Die Atmosphäre heizte sich auf, riesige Waldbrände entzündeten sich. Im Einschlagskrater drang Magma an die Erdoberfläche, giftige Gase entwichen, Vulkanasche und Staub wurden in die Atmosphäre geschleudert. Der Staub schirmte das Sonnenlicht ab, Dunkelheit und Kälte brachten die Photosynthese der Pflanzen weitgehend zum Erliegen. Die in die Atmosphäre geblasenen Gase verursachten sauren Regen. Zwar wurden die Staubpartikel aus der Atmosphäre ausgewaschen, sodass das Sonnenlicht wieder hindurchdrang, aber das Kohlendioxid blieb in der Atmosphäre. Kohlendioxid ist bekanntlich ein Treibhausgas, sodass der Treibhauseffekt sich verstärkte und die Temperatur stieg.
Allerdings ist unklar, ob der Einschlag und seine Folgen als alleinige Ursache für das Massensterben ausreichten, oder ob noch andere Ereignisse eine Rolle spielten. So könnte auch der massive Vulkanismus der Kreide zur Klimaverschlechterung beigetragen haben und eine Mitschuld am Massensterben tragen. Zum Ende der Kreide gab es bspw. intensive Ausbrüche in Südindien – das dabei austretende Magma bildete 2 km dicke Basaltschichten, die Dekkan-Trapps.
Europa und Deutschland
Der Meeresspiegel war während der Kreide sehr hoch, sodass die Landschaft Nordwesteuropa damals aus Inseln und einzelnen Becken bestand. Die Schreibkreide (s. o.) entstand in der Oberkreide als Meeressediment aus den Schalen von Kalkalgen (siehe auch Kreidefelsen auf Rügen). Eingebettet in die Kreide findet man oft Feuerstein. Feuerstein ist ebenfalls ein Sedimentgestein, liegt aber nicht wie der Kalkstein in Schichten vor, sondern in Knollen, die in den Kalkstein eingebettet sind. Er entstand wahrscheinlich aus den Schalen von Kieselalgen.
Der Baustoff für die berühmten Kreidefelsen von Rügen wurden in der Kreide als Kalk-Sediment abgelagert. Ihre heutige Form erhielten sie aber erst im Quartär. Wie für so vieles in Mecklenburg-Vorpommern war auch hier die Eiszeit der Baumeister: Die Kreideplatten wurden von den vorrückenden Gletschern gestaucht und aufgewölbt.
Die Kreide ist nicht das einzige Sedimentgestein, das während der Kreidezeit entstand – auch der Sandstein des Elbsandsteingebirges hat in der Kreidezeit seinen Ursprung. Damals lag das Gebiet unter einem Flachmeer. Flüsse spülten Sand in das Meeresbecken, der sich zu Sandstein verdichtete. Nach Abfließen des Wassers zerschnitten Flüsse das Sediment und formten die heute bekannten Felsen.
- Abb. 18 ¦ Rügen
- Kreideküste auf Rügen
- Abb. 19 ¦ Feuerstein
-
Die meisten der Feuersteine, die man am Ostseestrand findet, entstanden im Paläogen und in der späten Kreide, vor 60 bis 70 Millionen Jahren, wobei die gelben und rötlichen mit 60 Millionen Jahren jünger sind als die schwarzen. Feuerstein ist ein Sedimentgestein, liegt aber nicht wie Sand- oder Kalkstein in Schichten vor, sondern in Knollen, die in die Schreibkreide eingebettet sind.
Er entstand, asl sich im Kreidesediment gelöste Kieselsäure zu harten Knollen verdichtete. Die Kieselsäure stammt wahrscheinlich aus den Schalen von Kieselalgen. Die weiße Hülle um viele Feuersteine ist übrigens keine Schreibkreide, sondern eine Silicium-Dioxid-Masse.
In der Schreibkreide (berühmt ist die Kreideküste auf Rügen) findet man oft Fossilien; rechts möglicherweise ein Armfüßer, vielleicht aber auch nur eine zufällig entstandene Form. - Abb. 20 ¦ Fossilien im Feuerstein
- In der Schreibkreide und im Feuerstein findet man oft Fossilien: oben Kieselschwämme, unten Korallen.
- Abb. 21 ¦ Elbsandsteingebirge
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Während der Kreidezeit lag das Gebiet des heutigen Elbsandsteingebirges unter einem Flachmeer. Flüsse spülten Sand in dieses Meer, der sich als Sediment absetzte und sich nach und nach zu Sandstein verdichtete. Nach Abfließen des Meeres trat der Sandstein an die Oberfläche und wurde durch die Elbe und ihre Nebenflüsse zerschnitten und abgetragen und in die heutige beeindruckende Gebirgslandschaft verwandelt.
Mehr zum Elbsandsteingebirge gibt es hier.
Paläogen – Säugetiere und Oberrheingraben
66 Mio. bis 23 Mio. Jahre vor heute
Früher wurden Neogen und Paläogen nicht unterschieden, sondern als ein Zeitalter betrachtet und als Tertiär bezeichnet. 2004 wurde die Bezeichnung Tertiär abgeschafft und in Paläogen und Neogen aufgeteilt. Das Neogen reichte ursprünglich bis zur Gegenwart – man hatte auch das Quartär abgeschafft. Dieses wurde jedoch wieder eingeführt – und auf Kosten des Neogen sogar um ca. 0,6 Mio. Jahre nach hinten verlängert.
Die Verteilung der Kontinente ähnelt im Paläogen zunehmend der heutigen. Eurasien befand sich schon ungefähr dort, wo es heute noch liegt, war aber noch durch die Thetys von Afrika getrennt. Die Thetys wurde jedoch immer schmaler, da Afrika sich auf Eurasien zuschob. Bereits zu Beginn des Paläogens begann in der Folge die Auffaltung der Alpen. Im mittleren Paläogen wurden große Mengen Erosionsschutt nördlich der Alpen abgelagert (den Erosionsschutt eines wachsenden Gebirges bezeichnet man als Molasse). Dadurch entstanden bis zu 6000 m mächtige Sedimente, zunächst als Meeres-, dann als Süßwassersedimente.
Der Atlantik erweiterte sich nach Norden zwischen Grönland und Europa und vereinigte sich mit dem Arktischen Ozean. Alaska und Sibirien blieben durch eine Landbrücke verbunden.
Im mittleren Paläogen trennten sich Australien von der Antarktis und driftete nordwärts. Indien war ja schon in der Kreide nordwärts unterwegs und erreichte nun Asien. Die Kollision zwischen Indien und Asien setzte das Wachstum des Himalaja in Gang.
Im Paläogen herrschte zunächst ein warmes Klima. Nordamerika und große Teile Europas waren im mittleren Paläogen von tropischen und subtropischen Wäldern bedeckt. In Mitteldeutschland gab es Grassteppen und Moore mit tropischer Vegetation. Nachdem sich Australien von der Antarktis getrennt hatte, konnten sich jedoch Meeresströmungen rund um die Antarktis bilden und das Gebiet von wärmerem Wasser abschneiden. Daraufhin vereiste die Antarktis vor ca. 30 Mio. Jahren. Das Klima kühlte ab, in den höheren Breiten verschwanden die tropischen Wälder und Savannen breiteten sich aus.
Nachdem die Dinosaurier am Ende der Kreide ausgestorben waren, wurden die Säugetiere zu den dominierenden Landtieren; neue Ordnungen entstanden, wie die Unpaarhufer oder die Primaten.
Europa und Deutschland
Zu Beginn des Paläogens wurden Bereiche Englands, Frankreichs, Dänemarks und Schleswig-Holsteins überflutet – die Nordsee reichte vor 30 Mio. Jahren bis zum Niederrhein und nach Hessen.
Durch das Auffalten der Alpen entstanden auch in den angrenzenden Gebieten Spannungen und nördlich der Alpen brachen als Folge davon Grabensysteme auf. Der Oberrheingraben ist Teil einer solchen Grabenzone, die sich zwischen Nordsee und Mittelmeer erstreckte. Der Graben senkte sich im mittleren Paläogen, eine Meeresverbindung vom Nordmeer über den Oberrheingraben bis zur Thetys entstand. Auch das Rheinische Schiefergebirge lag zu dieser Zeit vermutlich unter dem Wasser dieses Meeresarms.
Während dieser Zeit wurde Bernstein von Flüssen aus dem Süden ins Becken der südlichen Paläo-Ostsee transportiert und in die Sedimente eingelagert. Auf diese Weise entstanden die Bernsteinlager bei Bitterfeld.
Von welcher Pflanze der Bernstein der Ostsee stammt, weiß man noch nicht – die frühere Vermutung, ein Kiefernvorfahr sei die Quelle des Harzes gewesen, konnte nicht bestätigt werden. Jedenfalls lebte die Baumart vor ca. 30 Millionen Jahren in einem Wald, dessen Lage für den Ostsee-Bernstein nicht mehr rekonstruiert werden kann, da die Gletscher der Eiszeiten die Spuren vernichtet haben. Da Bernstein an der Luft verwittert, übersteht er auch im belüfteten Boden nur einige Jahrtausende. Der Bernstein muss damals also sehr rasch in das „Blaue Erde“ genannte Sediment geraten sein, in dem der Bernstein so häufig vorkommt, dass sich der Abbau im Tagebau lohnt. Das wahrscheinlichste Szenario ist daher, dass ein mäandrierender Fluss den Bernstein aus Wäldern des heutigen östlichen Skandinaviens in das heutige Ostseebecken transportiert hat.
In den Mooren des unteren Paläogens bildete sich Braunkohle, bspw. die Braunkohlevorkommen bei Helmstedt. Braunkohle entsteht auf dieselbe Weise wie Steinkohle (siehe Karbon) – indem abgestorbene Pflanzenreste in Mooren nicht verwesen, sondern zu Torf werden, und dieser dann von Sedimenten überdeckt wird und unter deren Druck zu Kohle wird. Der Unterschied zur Steinkohle ist, dass die Braunkohle jünger ist und noch nicht den gesamten Prozess der Inkohlung durchlaufen hat.
- Abb. 22 ¦ Bernstein
- Bernstein ist fossiles Harz und um die 30 Millionen Jahre alt. Dieses Stück ist mit 2 cm Durchmesser das größte, das wir bisher am Ostseestrand gefunden haben. Da Bernstein eine ähnliche Dichte hat wie Wasser, findet man ihn leichter, wenn das Wasser eine hohe Dichte hat – dann schwimmt er leichter auf. Was bedeutet, dass man ihn eher im Winter findet, wenn das Meer kalt ist. Dazu sollte kurz vorher ein Sturm aus der richtigen Richtung den Tang und mit ihm den Bernstein an den Strand geworfen haben.
- Abb. 23 ¦ Alpen
- Der Dachstein im Salzkammergut, bei Ramsau. Die Auffaltung der Alpen ist noch nicht abgeschlossen – sie heben sich immer noch um wenige Millimeter pro Jahr, werden allerdings durch Erosion gleichzeitig wieder abgeschliffen.
Neogen – Lucy und niederrheinische Braunkohle
23 Mio. bis 2,6 Mio. Jahre vor heute
Die Lage der Kontinente ändert sich im Neogen nur wenig. Afrika kollidierte mit Europa, weshalb im Mittelmeerraum Atlas, Pyrenäen, Schweizer Jura, Alpen, Karpaten, Apennin u. a. aufgefaltet wurden. Zwar hebt sich das Gebiet bis heute geringfügig, im Wesentlichen ging die Gebirgsbildung im Mittelmeerraum aber im Neogen zu Ende.
Arabien lagerte sich ebenfalls an Eurasien an, wobei das Zagros-Gebirge entstand und die Thetys vom Indischen Ozean abgeschnitten wurde. Zwischen Europa und Afrika bildete sich eine Landverbindung, deretwegen die Thetys in zwei Becken zerfiel: die Parathetys im Vorland von Alpen und Karpaten und das Mittelmeer.
Der Himalaja wuchs weiter aufgrund der andauernden Nordwärtsdrift von Indien.
Die beiden amerikanischen Kontinente verbanden sich, als sich vor 3,5 Mio Jahren das Land zwischen Nord- und Südamerika hob.
Dafür bildete sich in Ostafrika ein Grabensystem und führte zur Öffnung des Roten Meeres und des Golf von Aden.
Nach der Trennung von Australien und Antarktis war das Klima bereits im späten Paläogen kühler und trockener geworden. Im Neogen vergletscherte die Antarktis nun zunehmend, bis es vor 3 Mio. Jahren zu einer raschen Abkühlung kam.
Da die Gletscher der Antarktis Wasser banden, sank vor ca. 6 Mio. Jahren der Meeresspiegel weltweit um 50 m. Dadurch verlor das Mittelmeer so viel Höhe, dass es vom Atlantik getrennt wurde und austrocknete. Im Gegenzug erhielt das Mittelmeer Wasser aus der Parathetys, denn es entstand eine Verbindung zwischen beiden Meeren durch Täler, die von Flüssen ausgeschürft worden waren. Die Parathetys zerfiel dadurch ihrerseits in einzelne, voneinander isolierte Becken, deren Überreste das heutige Schwarze Meer, das Kaspische Meer und der Aralsee sind.
Im kälter und trockener werdenden Klima weichen die vorher weit verbreiteten tropischen Wälder und machen offenen Wälder und Graslandschaften Platz. Das macht sich auch in der Tierwelt bemerkbar – Weidetiere entwickeln sich weiter.
Afrika war damals feucher und bewaldet (selbst die Sahara war eine Savanne). In dieser Umgebung erleben die Menschenaffen eine Blütezeit. Zur Familie der heutigen Menschenaffen zählen die Gattungen Orang-Utan, Gorilla, Schimpanse und Mensch.
Aus dieser Zeit stammt auch die berühmte Lucy – dieses 3,2 Mio. Jahre alte Teilskelett wurde in Äthiopien gefunden und war bereits an den aufrechten Gang angepasst. Es zählt zu den Homini, diese umfassen alle Arten der Gattung Homo (sowohl den heute lebenden Menschen Homo sapiens als auch die ausgestorbenen Vorfahren dieser Gattung).
- Abb. 24 ¦ Himalaja
- Der Himalaja hebt sich immer noch um wenige Millimeter pro Jahr, wird allerdings durch Erosion gleichzeitig wieder abgeschliffen. Diese Fotos machte Konrad Miegel in Shimla (Indien) im mittleren Himalaja – vielen Dank!
Europa und Deutschland
Im Neogen entstand in der Niederrheinischen Tiefebene die Braunkohle, die heute hier abgebaut wird.
In der Ur-Nordsee lagerten sich Tonsedimente ab, die recht wasserundurchlässig sind, sodass sich darüber Moore bilden konnten. Abgestorbene Pflanzen konnten, wenn sie im Moor versanken, nicht verwesen (da sie vom Sauerstoff abgeschnitten waren) und wurden zu Torf. Da die Nordsee nicht immer dieselbe Ausdehnung hatte, sondern immer mal vorrückte und wieder zurückwich, wurden auf den Mooren weitere Sedimente aus Sand und Ton abgelagert. Unter diesen Sedimenten erhöhten sich Druck und Temperatur, und aus dem Torf wurde schließlich Braunkohle. (Der Unterschied zur Entstehung von Steinkohle ist nur der, dass die Braunkohle noch in einem früheren Stadium der Inkohlung ist.)
In der ersten Hälfte des Neogen zog sich die Nordsee dann in ihr heutiges Becken zurück.
In dieser Zeit entwickelten sich auch die Mittelgebirge weiter: Rheinisches Schiefergebirge, nordhessisches Bergland, Harz, Rhön, Spessart, Odenwald, Schwarzwald und Vogesen wurden tektonisch gehoben. Im Vogelsberg und in der Rhön kommt es zu intensivem Vulkanismus, auch die Vulkane der Hocheifel hatten im Neogen ihre aktive Phase (im Gegensatz zu denen der Vulkaneifel, deren Vulkane waren im Quartär am aktivsten). Das kleinere Vulkangebiet am Kaiserstuhl steht im Zusammenhang mit den Grabenbrüchen des Oberrheingrabens und bildete sich im mittleren Neogen.
Quartär – Eiszeiten und Zwischeneiszeiten
2,6 Mio. Jahre vor heute bis heute
Das Quartär ist das zur Zeit jüngste Zeitalter, also das, das bis zur Gegenwart reicht.
Die Lage der Kontinente im Quartär entspricht der heutigen. Was kein Wunder ist – während die anderen Zeitalter immer 40 bis 60 Mio. Jahre umfassten, liegt der Beginn des Quartär noch nicht einmal ein Zehntel dieser Zeitspanne zurück. In der kurzen Zeit ändert sich entsprechend wenig. Trotzdem sind die Platten der Erdkruste weiterhin in Bewegung, das derzeitige Aussehen der Erdoberfläche ist auch nur eine Momentaufnahme und keinesfalls ein Endstadium. In einigen Gegenden merken die Bewohner das sehr deutlich an immer wieder auftretenden Erdbeben und am Vulkanismus.
So laufen rund um den Pazifik Subduktionszonen, die sich an den Kontinenträndern um den Pazifik durch einen Vulkangürtel bemerkbar machen (bspw. die Vulkane der Anden an der Westküste Südamerikas). Auch Erdbeben treten meist an Plattenrändern auf.
Ein markantes Beispiel für die andauernde Plattendrift ist Island mit seinen Vulkanausbrüchen (der Ausbruch des Vulkans mit dem unaussprechlichen Namen Eyjafjallajökull ist sicher vielen in Erinnerung, weil der Flugverkehr durch die Asche beeinträchtigt war). Island liegt auf dem mittelatlantischen Rücken, also genau auf der Grenze zwischen amerikanischem und europäischem Kontinent. Die beiden Platten driften auseinander und Island wächst dadurch um 2 cm pro Jahr.
Die Nordwärtsbewegung von Afrika und Indien dauert ebenfalls noch an, Alpen und Himalaja wachsen immer noch um einige Millimeter pro Jahr (werden allerdings durch Erosion gleichzeitig abgebaut).
Die Antarktis vergletscherte bereits vor 30 Mio. Jahren im Paläogen. Zu Beginn des Quartärs bildeten sich nun auch Gletscher auf der Nordhalbkugel und das quartäre Eiszeitalter begann.
Ein Eiszeitalter dauert mehrere Millionen Jahre. Es zeichnet sich dadurch aus, dass beide Pole mit Eis bedeckt sind. (Perioden, in denen die gesamte Erde eisfrei ist, heißen akryogenes Warmklima.) Innerhalb eines Eiszeitalters wechselt das Klima zwischen Eiszeiten (Kaltzeiten) – in denen die globale Durchschnittstemperatur noch einmal um einige Grad niedriger ist und die Eisschilde sich von den Polen her ausbreiten – und Zwischeneiszeiten (Warmzeiten). Zurzeit leben wir in einer Zwischeneiszeit, die letzte Eiszeit (Weichsel-Eiszeit in Norddeutschland genannt) ging vor 10 000 Jahren zu Ende.
Während der letzten Eiszeit bedeckten die Eisschilde etwa 30 % der Erdoberfläche (heute sind es nur ca. 10 %). Die Dicke des Eispanzers betrug bis zu 3 km, die globale Mitteltemperatur lag zum Maximum der letzten Eiszeit ca. 5 °C tiefer als heute.
Wasser, das im Eis gebunden ist, fehlt den Ozeanen – der Wasserspiegel lag während der letzten Eiszeit daher um 100 m tiefer als heute. Landbrücken bildeten sich, bspw. über die Beringstraße zwischen Nordasien und Nordamerika. Über diese Landbrücke erfolgte wahrscheinlich die Besiedlung Amerikas.
Vor 200 000 bis vor 130 000 Jahren entstand in Europa der Neandertaler, starb aber vor 30 000 Jahren wieder aus. Unsere Art, der Homo Sapiens, entstand vor 160 000 Jahren in Afrika und erschien vor ca. 40 000 Jahren in Europa.
- Abb. 25 ¦ Allmännerschlucht
- Þingvellir in Südwestisland liegt mitten in der Grabenbruchzone des mittelatlantischen Rückens. Entsprechend unruhig ist die Erde hier, es gibt häufig Erdbeben. Dass hier Amerika und Europa auseinanderdriften, sieht man an den Felsspalten, von denen die Almannagjá (Allmännerschlucht) die beeindruckendste ist.
Europa und Deutschland
Die norddeutschen Landschaften erhielten ihr heutiges Aussehen im Wesentlichen durch die Eiszeiten, aber auch im Alpenvorland spielten die Gletscher „Baumeister“ – denn mit sinkender Temperatur breiteten sich die Gletscher aus und das Eis kam sowohl von Norden als auch von den Bergen herunter. Die Gletscher schoben Geröll vor sich her. Nach dem Abtauen der Gletscher zum Ende der Eiszeit blieb das Geröll zurück und man sieht es heute als Findling oder als Moränenhügel. Der Wilseder Berg in der Lüneburger Heide ist so eine Endmoräne aus der vorletzten, der Saale-Eiszeit. Auch das Schmelzwasser der Gletscher prägte die Landschaft: Schmelzwasserflüsse lagerten Sand ab; die Sandböden der Südheide entstammen solchen Sandern. (siehe auch Eiszeit und Mecklenburg-Vorpommern). Auch Täler wurden von den Gletschern ausgeschürft, wie bspw. das Tal, in dem heute der Hallstätter See liegt.
Während der Vulkanismus in der Hocheifel bereits im Neogen begann und vor 15 bis 20 Mio. Jahren wieder erlosch, entstanden die Vulkane in der West- und Osteifel erst vor 700 000 bzw. 500 000 Jahren. Das Ulmener Maar ist erst 11 000 Jahre alt, sodass man nicht sicher ist, ob der Eifel-Vulkanismus bereits erloschen ist.
- Abb. 26 ¦ Warnowdurchbruch
- Die Landschaft Mecklenburg-Vorpommerns wurde durch die letzten Eiszeiten geprägt. Eine der schönsten Ecken, die die Eiszeit uns hier hinterlassen hat, ist meiner Meinung nach das Durchbruchstal der Warnow. Die Gletscher schoben Geröll vor sich her, als sie sich von Skandinavien nach Norddeutschland ausbreiteten. Nach dem Abschmelzen der Eisdecke blieb das Geröll liegen und bildete Hügelketten, so genannte Endmoränen. Die Warnow hat eine solche Moräne in der Nähe von Sternberg im Laufe der Zeit durchbrochen und so ein landschaftlich sehr schönes Tal geschaffen.
- Abb. 27 ¦ Weinfelder Maar
- Das Weinfelder Maar in der Vulkaneifel, auch Totenmaar genannt, ist eins der Dauner Maare. Der Maarsee entstand vor rund 20 000 bis 30 000 Jahren bei einer vulkanischen Dampfexplosion und ist rund 525 m lang, 375 m breit und 51 m tief. Der See ist von einem Wall aus Tuff umgeben.
© Wiebke Salzmann, Februar 2014