Forschung in der Paläontologie

Forschungsprojekte in der Paläontologie:

Biogene Flachwassersedimente: Spiegel des Paläoklimas

Von Thomas Brachert, Karsten Kröger & Markus Reuter, AG Klimagesteuerte Biofazies, Mainz

Die Art und Zusammensetzung bodenlebender Organismengemeinschaften im Flachmeer wird von den äußeren Bedingungen, wie Klima und Topographie, gesteuert. In einigen Gebieten sind die Organismen so zahlreich, daß der Meeresboden, bzw. das Meeressediment außschließlich aus Skelettresten besteht ("Karbonatsedimente"). Eine genaue paläontologische Analyse der Karbonatsedimente erlaubt somit Rückschlüsse auf das Klima der Urzeit. Die Gruppe untersucht Karbonatsedimente und -gesteine aus dem Jungtertiär (Miozän) von verschiedenen Punkten der Erde, um ein Bild von der damaligen Temperaturverteilung bzw. der Geschwindigkeit von Temperaturveränderungen innerhalb dieses Zeitraumes (Miozän) zu erhalten. Zum anderen können die Klimaschwankungen genutzt werden, um die Gleichzeitigkeit verschiedener Fundpunkte zu erkennen ("Klimastratigraphie").

Der heutige Mittelmeerraum war während des Miozän zumindest zeitweilig deutlich wärmer. Die Karbonatsedimente aus dieser Zeit enthalten Korallenriffe wie sie heute nur in Meeresregionen vorkommen, deren Temperaturen im Winter nicht unter 20°C fallen (tropisches System der Warmwassersphäre), oder aber werden von Fossilschuttkalken, gebildet, die einem "mediterranen" Klima zugeordnet werden können (Teil der Kaltwassersphäre). Geologische Profile im Randbereich des damaligen Riffgürtels zeigen abrupte Wechsel von Karbonatsedimenten der Kaltwasser- und Warmwassersphäre und bilden somit Klimaschwankungen besonders deutlich ab.

Die geologische Überlieferung zeigt, daß zwar die Temperaturänderung linear erfolgte, im Randbereich des Riffgürtels der Übergang von einem System zum anderen bei Überschreiten des kritischen Schwellenwertes aber sprunghaft zur Bildung sehr verschiedener Gesteine geführt hat.

Abb. 1: Globale Temperaturverteilung und Korallendiversität. Riffbildende Korallen sind an warme Flachmeere gebunden. Dementsprechend nimmt die Zahl der Korallengattungen im globalen Maßstab mit steigender Temperatur zu. Allerdings sind die Meeresoberflächentemperaturen (Falschfarbendarstellung der Levitus-Datenbank) nicht streng an die geographische Breite gekoppelt, sondern werden durch Oberflächenströmungen, Auftrieb von Tiefenwasser, oder in Nebenmeeren durch Festlandseinflüsse, modifiziert. Einen weiteren wichtigen Einfluß auf die Vielfalt der Korallen hat die geologische Geschichte der Meeresräume, die zur Ausbildung zweier Faunenprovinzen im Indopazifik und in der Karibik geführt hat. Der Außenrand des globalen Korallenriffgürtels folgt in etwa der äußersten weißen Linie gleicher Gattungszahl.

Abb. 2: Übersicht: 6 Ma alter Riffkörper (Ober-Miozän), durch Verwitterung angeschnitten (Südspanien). Der grasbewachsene Hang in der Bildmitte wird von Gesteinen eines alten Vulkankegels gebildet, dem ein Riffkörper aufsitzt. Die massige, ungeschichtete Felswand im rechten Bildteil entspricht dem Kernriff mit gewachsenem Riffgerüst. Links im Bild erkennt man geneigte Gesteinsschichten. Hierbei handelt es sich um dem Riff vorgelagerte Schuttablagerungen des tieferen Wassers ("Vorriffhalde").

(1) Die jüngsten Riffe des Mittelmeerraumes (6 Ma) werden als Folge der allgemeinen Abkühlung im Neogen nur noch von wenigen Korallen-Arten gebildet. Dominant ist Porites sp., die im typischen Falle buschige Kolonien bis zu 3 m Höhe ausbildet. Das Skelett der Koralle ist durch Grundwassereinfluß gelöst und bildet nun ein Hohlraumsystem im Gestein. Dies ist eine typische Erscheinung, weil das Skelett der Korallen aus leicht löslichem Aragonit besteht.

(2) In sehr seltenen Fällen ist das Skelett von Porites in Originalsubstanz (Aragonit) überliefert. Es zeigt dann auch die für ihre heutigen Verwandten typische jahreszeitliche Wachstumsbänderung (hell = Winterlage, dunkel = Sommerlage); geochemische Daten aus diesem hochauflösenden Klimarchiv vermitteln uns eine sehr genaue Vorstellung von den damaligen Wassertemperaturen. Das jährliche Wachstum betrug ~ 5 mm.

(3) Korallenriffe entstehen durch gegenseitige Überkrustung verschiedenster Pflanzen und Tiere, die auf diese Weise zu stabilen Gerüsten verkittet werden. Im Dünnschliffbild ist die Koralle Porites von der kalkigen Rotalge Titanoderma pustulatum überwachsen.

(4) Die primär geneigt geschichteten Vorriffgesteine werden vorwiegend von Trümmern der Koralle Porites gebildet.

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