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Grenzton

Inhaltsverzeichnis

(engl.: red layer, span.: capa de arcilla roja)

Im Laufe der erdgeschichtlichen Entwicklung gab es plötzliche Wechsel, welche zum Aussterben zahlreicher Spezies führten. Zeugnis dieser Ereignisse sind die heute von uns gefundenen Fossilien. Während der letzten 600 mio Jahre gab es fünf große Massenaussterben von Organismen als Folge dieser Ereignisse (s.u.)

Gründe für das Aussterben

Biologische Ursachen: Auftreten neuer Spezies in der Entwicklungskette
Wechsel in der Erddynamik: Vulkanausbrüche, Veränderungen des Meeresspiegels und klimatische Veränderungen
Impakte extraterrestrischer Materie

Massenaussterben im Laufe der Erdgeschichte

Zwischen dem Oberen Kambrium ( Fauna), über Ordovizium (Phytoplankton und Brachiopoden), Oberen Devon (Mollusken, Korallen, Trilobiten u.a. Organismen der tropischen Marina), Perm und Trias (marine Fauna) und zum im Übergang Kreide zu Tertiär fanden die fünf bedeutendsten Massenaussterben des Phanerozoikums statt

Massenaussterben während des Überganges Kreide zu Tertiär (Paläogen)

(K /T-Grenze, engl. K/T-Boundary; seit 2004 KP-Grenze)

Die Kreide/Tertiär-Grenze charakterisiert das bekannteste der großen phanerozoischen Massenaussterben und wird auf meteoritische Impakte zurückgeführt (Hypothese). Es war dies das größte Massenaussterben der Erdgeschichte, währenddessen u.a. die Dinosaurier ausstarben, welche bisher die Erde viele Millionen von Jahren dominierten. Die Impakt-Hypothese, untermauert durch die Entdeckungen während der letzten 27 Jahre, ist die aktuell am meisten akzeptierte, wenngleich es andere mögliche Hypothesen gibt (biologische und geologische Hypothesen). Es gibt aber auch eine Tendenz, das Massenaussterben der K/T-(KP)-Grenze als Folge beider Faktoren (d.h. das Zusammenwirken von Impakt(en) und biologisch/geologischen Vorgängen)zu sehen.

Grenzton

Im Jahr 1978 sammelte der US-amerikanische Geologe Walter Alvarez Muster einer schmalen roten Tonschicht in den italienischen Apenninen und bestimmte das Alter dieser Proben auf ca. 65 mio Jahre, d.h. auf das Ende der Kreidezeit und Beginn des Tertiär. Diese nur sehr dünne kalkarme Tonschicht liegt zwischen zwei kalkreichen Sedimenten und zeigte einen unterschiedlichen Fossilbestand, welcher auf ein Massenaussterben (Faunenschnitt) hindeutete.

Während weiterer Analysen stellte Alvarez eine hohe Iridium-Konzentration fest; ein typischer Bestandteil von Meteoriten, welcher auf der Erdkruste nur selten vorkommt. Als Ursache dieser hohen Iridium-Konzentration nimmt man an, daß der Meteorit beim Impakt explosionsartig pulverisiert wurde und das Pulver sich ablagerte. Im Jahr 1980 schlug Alvarez die Impakt-Theorie vor.

In der Folge der Jahre wurde diese Grenzton-Schicht an zahlreichen Stellen der Welt gefunden. Im Jahr 1991 wurde die Impakt-Hypothese durch einen neuen Fund auf der Halbinsel Yucatan (Mexiko) verstärkt. Bei Erdöl-Explorationsarbeiten traf man auf einen kreisförmigen Krater unterhalb der Sedimentschichten (Chicxulub-Impakt); Sedimentprofile der K/T-Grenze, welche in vergleichsweise kurzer Distanz zur Chicxulub-Impaktstruktur in NE-Mexiko liegen, boten aufgrund ihrer hohen Sedimentakkumulationsraten die Möglichkeit, die Ereignisse vor, während und nach dem Impakt zu untersuchen und zu charakterisieren. Die Ejektalagen wurden anhand von sieben K/T-Übergangsprofilen geochemisch, mineralogisch und petrographisch charakterisiert (Harting, M., 2004)

Die Kreide/Tertiär-Grenze (K/T-Boundary; seit 2004 KP-Grenze|K/P-Impakt), Impakt-Fallout

Grenzton-Schichten werden meist mit dem Kreide/Tertiär-Wechsel assoziiert, wenngleich sich dieser nicht in allen Übergangsprofilen beobachten lässt. Die Kreide/Tertiär-Grenze wird durch Sedimente charakterisiert, welche auf einen lithologischen Wechsel (meist von Karbonaten oder Mergeln zu einem tondominierten Horizont) hindeuten. An der Basis dieses Horizontes können nur wenige mm-mächtige ( lokal unterschiedlich mächtige) Eisenoxid-Anreicherungen auftreten (red layer). In dieser Grenzton-Schicht ist ein Wechsel des Fossilinhalts zu erkennen, wobei, wie am Besp 4b2 iel Agost (s.u.) kretazäische Foraminiferen zum großen Teil verschwinden. Die eisenoxidreichen Grenzton-Schichten weisen starke (lokal variierende) Iridium-Konzentrationen auf. (Bsp. El Kef 40 ng/g, Gubbio 9 ng/g)

Charakteristisch ist auch, daß die Grenztone häufig mit nickelreichen Spinellen vergesellschaftet sind; d.h. Mineralien, die nicht selten Bestandteil von Meteoriten sind. Fein verteilte Eisen oder Eisen-/Titan-Partikel (Magnetit-Spheruls) sind Anzeichen für einen globalen Impakt-Fallout, welcher die Erde kontaminierte.

Fullerene als Transporteure von Edelgasen in K/T-(KP-)-Grenzschichten

Untersuchungen von Kohlenstoff in Meteoriten und aus den 65 mio Jahre alten K/T-Grenzschichten erbrachten den Nachweis von natürlich vorkommenden Fullerenen ( C₆₀ bis C₄₀₀), welche, bedingt durch ihre einzigartige Käfigstruktur, eingekapselte Edelgase extraterrestrischen Ursprungs enthielten (e.g.extraterrestrisches ³He-Isotop; im Gegensatz zu irdischem Helium, welches fast nur aus dem ⁴He-Istope besteht)(Becker, Poreda, Bunch; 2000)

Alter der Grenzton-Schichten

Aus den Veränderungen der ³He/⁴He-Verhälnisse läßt sich die Sedimentationsrate ableiten. Dabei wurde festgestellt, daß die Grenztonschichten in Italien und in Tunesien innerhalb von etwas mehr als 10.000 Jahren, also einer geologisch kurzen Zeit entstanden. In dieser Zeit bildeten sich fast keine Kalke, das damalige Tethys-Meer war tot. Erst nach Ablauf der etwa 10.000 Jahre erholte sich das kalkproduzierende Plankton.

Grenzton-Schichten bei Agost und Caravaca (Spanien)

Auch in Spanien (Caravaca, Murcia und Agost, Alicante) sowie bei Zumaya im baskisch-kantabrischen Grenzbereich (Nordspanien) fand man K/T-Grenzen. Es wird angenommen, daß der vor ca. 65 mio Jahren stattgefundene Impakt globale Auswirkungen hatte und zum Massenaussterben am Ende der Kreidezeit beitrug. Ohne auf die Dinosaurier einzugehen, bei welchen die Ursachen für ihr Aussterben bis heute nicht eindeutig bewiesen sind, sind winzige Fossilien (Foraminiferen) der Schlüssel zum Verständnis des Massenaussterben.

Die Foraminiferen sind meist marine, einzellige Tiere, welche zwischen dem Plankton lebten, sich nach dem Absterben am Meeresboden ablagerten und mergelig-kalkige Sedimente bildeten. Was zur Zeit der Dinosaurier der Boden des Meeres Tethys war (ein großes Binnengewässer, in welchem sich die Kontinente in ihrer alten Lage bildeten) ist heute das Gebiet um Agost im äußersten Osten der Cordillera Bética.

Bei Straßenbauarbeiten zwischen den Gemeinden Agost und Castalla (Provinz Alicante) wurde durch spanische Geologen unter Leitung des Paläontologen Eustoquio Molina innerhalb der Gesteinsschichten eine schmale rötlich-gelbliche kalkarme Tonschicht entdeckt, analysiert und festgestellt, daß diese der K/T-(KP-)-Grenze entspricht. Besonders überraschend war die Feststellung, daß fast 90% der planktonischen Foraminiferen-Spezies komplett verschwunden sind, was bedeuten könnte, daß das marine Plankton zur geologischen Zeit dieses Eriegnisses abgestorben war.

Es wird angenommen (Hypothese), daß sich direkt nach dem Impakt des großen Meteoriten (Chicxulub-Impakt, Mexiko; s.o.) eine dunkle Wolke über der Erde gebildet hat. In der Grenzton-Schicht von Agost finden sich Partikel mit hoher Iridium-Konzentration.

Eine weitere, zwischen 1-50 cm mächtige Grenzton-Schicht im ehemaligen Tethys-Gebiet findet man bei Caravaca (Murcia). Hier tritt eine Lage von Glasfragmenten, geschockten Mineralien und K-Feldspat-Spheruls auf, welche dem Impakt-Fallout zugeschrieben wird.

Jan Smit und A. Romein aus Holland haben beobachtet, daß die meisten Tiefseeprofile im Grenzbereich eine übereinstimmende Abfolge von Sediment- und Fossilienarten aufweisen. Zuunterst befindet sich die Oberkreide aus kalkigen Sedimenten und Fossilien (Foraminiferen, Nanoplankton) die das Sediment kalkig machen. Die darüber liegende Schicht enthält diese Iridiumanomalie. Diese Anomalie ist in jedem Profil aufgrund der Grabtätigkeit von Tieren oder anderen Einflüssen vertikal über mindestens 20cm verwaschen, anfangs könnte diese Schicht durchaus eine Dicke von 0,5cm gehabt haben. Zusammen mit dieser Iridiumanomalie treten auf diesem Niveau in maximaler Konzentration winzige runde Körner auf, die man als umgewandelte Mikrotektiten gedeutet hat. Diese sind sandkorngroße oder noch kleinere glasige Objekte, die sich gebildet haben, als durch einen Einschlag eines außerirdischen Körpers Silikate der Erdkruste aufgeschmolzen wurden und sich in der Atmosphäre verteilten. Dort kühlten sie sich rasch wieder ab sodaß sich keine Kristalle bilden konnten. Durch ihren geringen Wassergehalt unterscheiden sich Tektite in ihrer Zusammensetzung wesentlich von vulkanisch erzeugten Gläsern, wie beispielsweise Obsidian.

Weitere bekannte Grenzton-Schichten

El Kef (Tunesien), Typlokalität
Mimbral und El Tecolote (NE Mexiko)
Beloc (Haiti)
Geulhem(Maastricht, NL)
Nye Klov (Dänemark)
Gubbio (Italien)
Raton Basin (Colorado und New Mexico, USA)
Zumaya (Atlantik)

Aussterben, Katastrophentheorie (Kataklysmentheorie), Aktualismus

Das Konzept des Aussterbens ist eine der Stützen der Paläontologie, welche zusammen mit dem Erdalter ( 4,5 Mrd. Jahre) und der Plattentektonik die drei fundamentalen Säulen der Geologie bilden. Eine der bisherigen Theorien, als Kataklysmen- oder Katastrophentheorie (griech Kataklysmos = Überschwemmung, Sintflut) (von Cuvier entwickelt), wurde durch das Prinzip des Aktualismus verdrängt. Diese Katastrophentheorie beruhte auf dem Gedanken, daß die Lebewelt mehrmals durch Katastrophen vernichtet wurde und an ihre Stelle eine neue trat, die von außen her zuwanderte oder völlig neu geschaffen wurde. Der Aktualismus (lat. = Wirklichkeit), eine grundlegende Arbeitsmethode und Forschungsprinzip der Geologie beruht auf der Vorstellung, daß im Gegensatz zum Exzeptionalismus (d.h. die Ausnahme, daß in früheren Epochen der Erdgeschichte Kräfte wirksam waren, die sich von den heutigen unterscheiden) die Kräfte und Vorgänge der geologischen Gegenwart der Schlüssel zum Verständnis erdgeschichtlicher Vorgänge und Bildungen der Vergangenheit sind. Diese aktualistische Auffassung berücksichtigt jedoch, auch solche Vorgänge zu begreifen, die früher anders abgelaufen sind als jetzt.

Literatur

Alvarez, L.W., Alvarez, W., Asaro, F., Margolis, S.V., Michel, H.V.; 1980; Extraterrestrial cause for the Cretaceous-Tertiary extinction. Science, 208 (4448), 1095-1108
Becker, L., Poreda, R.J., Bunch, T.E., 2000; Fullerenes: An extraterrestrial carbon carrier phase for noble gases; Proc. of the Nat. Acad. of Science (PNAS), 97: 2979-2983
Corbi Sevilla, H., 2002; El meteorito que acabó con los Dinosaurios
Izett, G.A., 1991; Tektites in Cretaceous-Tertiary boundary rocks on Haiti and their bearing on the Alvarez impact extinction hypothesis. Journ. of Geophys. Research, 96(4):20879-20905
Hallam, A., Wignall, P.B., 1997; Mass Extinction and their Aftermath. Oxford Unv. Press: 1-30
Harting. M., 2004; Zum Kreide/Tertiär-Übergang in NE-Mexiko: geochemische Charakterisierung der Chicxulub-Impaktejekta; Dissertation
Keller, G., 1988; Extinction, survivorship and evolution of planktic foraminifera across the Cretaceous/Tertiary boundary at El Kef, Tunisia. Marine Micropaleont., 13, 239-263
Keller, G., 1993; The Cretaceous/Tertiary boundary transition in the Antarctic Oceans and its global implications. Marine Micropaleont., 21, 1-45
Keller, G., 2001; The end-Cretaceous Mass Extinction. Year 2000 Assessment; Planetary and Space Science, 49, 817-830
Keller, G., Stinnesbeck, W., Adatte, T., Stüben, D. 2003; Multiple impacts across the Cretaceous-Tertiuary boundary. Earth Science Rev., 62: 327-363
Mukhopadhyay, S., Farley, K.A., Montanarir, A.; 2001; A short duration of the Cretaceous-Tertiary boundary event: Evidence from extraterrestrial Helium-3. Science, 291 (5510): 1952-1955
Norris, R.D., Huber, B.T., Self-Trail, J., 1999; Synchroneity of the K-T oceanic mass extinction and meteorite impact: Blake Nose, western North Atlantic; Geology, 27: 419-422
Solocioencia.com; 2003; Investigadores espanoles refuerzan la teoria del meteorito como causa de la rapida extincion de los dinosaurios
Stanley, S.M.; 1998; Wendemarken des Lebens. Eine Zeitreise durch die Krisen der Evolution, Akad. Verlag