Frage zum Thema Stratigrafie und Fossilienablagerung

[dschenson]

Hallo Leute!

Ich studiere Geographie auf Lehramt. Vor ein paar Tagen hatten wir in einem Seminar zum Thema Stratigrafie die Diskussion über Kalkablagerungen und Fossilien. Meines Wissens können ja z.B. Kalkablagerungen durch den Evaporitzyklus entstehen, wenn ein Meeresbecken eben mit der Zeit austrocknet. Fossilien, die in dem Meer dann lebten (Ammoniten) können in den Kalken als Fossilien "eingebettet" worden sein. So weit so gut. Dann kam aber die Frage vom Dozenten, welche Bedingungen oder Umstände dazu führten, dass es einmal Schichten von Kalkablagerungen ohne eingeschlossenen Fossilien und auf der andern Seite Kalkablagerungen mit wenig Fossilien geben kann die dann aber dafür sehr artenreich, sein können? Wir sind in der Diskussion zu keinem zufriedenstellendem Ergebnis gekommen. Drum würd mich mal interessieren, was hier die Fachleute hier in diesem Forum meinen. Wäre jedenfalls toll, wenn jemand eine IDee hätte

viele Grüße

[triassammler]

Hallo Jens,

es gibt verschiedene Mechanismen der Entstehung von Kalksteinen:

1. biogene Kalkproduktion (kalkhaltiges und -schaliges Plankton, Meso- und Makroorganismen)
2. abiogene Kalkfällung (durch Übersättigung des Meerwassers)

Mechanismus 2 ist Teil des Evaporitzyklus' (genauer: steht an dessen Beginn), aber nicht darauf beschränkt. Es gibt auch nichtsalinare Zonen, in denen das Meerwasser übersättigt ist und Kalk ausfällt. Rezent findet das z. B. an manchen Stellen der Bahamas statt.

Dann kam aber die Frage vom Dozenten

Ihm war dabei hoffentlich bewusst, dass er ein unglaublich umfangreiches Themengebiet anreisst? Das geht von den Ablagerungsbedingungen der Sedimente bis zur Diagenese derselben und umfasst viele Teilaspekte.
Na gut, versuchen wirs mal kurz und knackig:

Schichten von Kalkablagerungen ohne eingeschlossenen Fossilien

1. Evaporite: Leben fühlt sich in übersalzenen Becken nicht besonders wohl. Kalk in einer salinaren Sedimentfolge stammt aus abiogener Kalkfällung (s. o.) oder ist als Kalkschlamm aus belebteren Meeresbereichen durch Strömungen verfrachtet worden. Bei Stürmen können so auch größere Organismenreste in das Becken gelangen, das geschieht aber eher nur bei besonderen Beckengeometrien und ist häufig auf die meerwärtigen Teile des Beckens beschränkt, während das Beckenzentrum fossilfrei bleibt.
2. Die Diagenese (Umwandlungs- und Verfestigungsvorgänge des Sediments nach seiner Ablagerung) hat alle Spuren von Organismenresten zerstört. Dies geschieht bspw. dann, wenn durch Kristallisation des Kalkschlamms zu Calcit das ursprüngliche Gefüge (zu dem auch enthaltene Schalenreste) aufgelöst wird. Man erhält dann einen homogenen Kalkstein.
3. Aragonitlösung: Die Kalkschalen vieler Meerestiere bestehen ganz oder teilweise aus der Calciumkarbonat-Modifikation Aragonit. Die Gehäuse von Ammoniten z. B. vollständig. Aragonit ist leichter löslich als Calcit (aus dem in der Regel der Kalkschlamm des Sediments besteht) und wird häufig während der Diagenese aufgelöst, so dass von den Schalen im besten Fall ein Hohlraum, im schlechtesten gar nichts übrig bleibt (wenn sich das Sediment noch weiter setzt und die Hohlräume verschwinden).

Kalkablagerungen mit wenig Fossilien geben kann die dann aber dafür sehr artenreich, sein können

"Sein können". Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut ist eher die Ausnahme im paläontologischen Beleg. Artenreichtum entsteht in Zonen hoher Bioproduktivität, das sind per se Zonen hoher Individuendichte.
1. Es könnte sein, dass euer Dozent auf das Beispiel der Oberjura-Plattenkalke der Fränkischen Alb ("Solnhofener Plattenkalke") abzielte: Die Kalke kamen in Lagunen mit ungünstigen Lebensbedingungen zur Ablagerung. Es handelt sich dabei um Kalkschlamm, der außerhalb der Lagunen in hoch produktiven Schwammriffen entstand und bei Stürmen in die Lagunen verfrachtet wurde. Zusammen mit dem Schlamm wurden auch immer wieder einige Riffbewohner (Fische, Krebse, Ammoniten etc.) in die Lagunen gespült, verendeten dort im zu warmen und übersalzenen Wasser und wurden im Sediment konserviert. Die Anzahl der bekannten Arten aus diesen Plattenkalken ist sehr hoch, die Individuendichte im Volumen aber sehr gering. Dass man trotzdem viele Arten kennt liegt daran, dass die Plattenkalke seit Jahrhunderten im ganz großen Maßstab und per Hand (!) abgebaut werden und auf jedes Fossil akribisch geachtet wird.
Das Milieu der Plattenkalke und das Sediment selbst boten beste Bedingungen für die Erhaltung von Organismenresten. "Viele Arten, relativ wenige Individuen" ist hier ein taphonomischer (nachschlagen!) Effekt und hat wenig mit der Sedimentologie des Kalksteins zu tun.
2. Es kann vorkommen, dass durch diagenetische Vorgänge (s. o.) z. B. die Reste aller Aragonit- und/oder Kalkschaler aufgelöst werden, stabilere Hartteilsubstanzen wie Knochen (Hydroxylapatit) oder Krebspanzer (Chitin) aber bestehen bleiben. Der fossile Beleg ist dann um diese aufgelösten Organismengruppen ärmer. Wirbeltiere und Krebse stehen weiter oben in der Nahrungspyramide und kommen deswegen allgemein im fossilen Beleg zahlenmäßig seltener vor als Invertebraten, können aber trotzdem in einer einzigen Schicht viele Arten stellen. Ein Beispiel hierfür wären manche Bänke des Muschelkalks (Mitteltrias) im Germanischen Becken, die, obwohl aus Kalkschlamm und Muscheltrümmern entstanden, nur noch Wirbeltierknochen/-zähne und Krebsreste als erkennbare Fossilien führen, während alles andere diagenetisch ausgelöscht ist.

Das war jetzt mal nur ein grober Abriss. Wenn noch Fragen sind - bitte nachhaken!

Gruß,
Rainer

[dschenson]

wow danke schon mal für die ausführliche Antwort!! Das hat mir schon mal sehr weitergeholfen!

Ich hätte noch eine Idee bezüglich Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut: könnte man vielleicht auch davon ausgehen, dass die eine Schicht mit Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut, stratigrafisch in die Perm-Trias-Grenze einzuordnen wäre? 90% der Lebewesen sterben aus und wenige überleben. Würde zumindest in meinen Augen Sinn machen.

[Krizu]

Hallo,

so einfach würde ich es nicht sehen. Schau Dir einmal die Grabenseen in Afrika oder den Natronsee(?) an.
Der Malawi-See würde an Fossilien fast nur Maulbrütende Buntbarsche und Schnecken liefern. Der Natronsee nur Flamingos.

Du hast ein einer Stelle die Abbildugn eines! Biotops, dass zeitlich variabel ist - und dann auch nur die Lebewesen die "versteinern" können.
Die Ostsee süsst sich gerade auf, das Mittelmeer war in der Vergangenheit schon öfter trocken etc. Bedenke, dass eine Schicht oft 100.000 von Jahren sein können. DAnn überlege mal wie es vor 100.000 Jahren hier aussah  Würmeiszeit? Neandertaler?

MfG

Frank

[dschenson]

Hallo,

so einfach würde ich es nicht sehen. Schau Dir einmal die Grabenseen in Afrika oder den Natronsee(?) an.
Der Malawi-See würde an Fossilien fast nur Maulbrütende Buntbarsche und Schnecken liefern. Der Natronsee nur Flamingos.

Du hast ein einer Stelle die Abbildugn eines! Biotops, dass zeitlich variabel ist - und dann auch nur die Lebewesen die "versteinern" können.
Die Ostsee süsst sich gerade auf, das Mittelmeer war in der Vergangenheit schon öfter trocken etc. Bedenke, dass eine Schicht oft 100.000 von Jahren sein können. DAnn überlege mal wie es vor 100.000 Jahren hier aussah  Würmeiszeit? Neandertaler?

MfG

Frank

Hmm und was willst du mir jetzt genau damit sagen? Ich verstehe die Antwort nicht wirklich... 

[Krizu]

Ich hätte noch eine Idee bezüglich Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut: könnte man vielleicht auch davon ausgehen, dass die eine Schicht mit Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut, stratigrafisch in die Perm-Trias-Grenze einzuordnen wäre?

Das meinte ich. Wenn eine Schicht an einer Stelle Fossi-arm ist, muss kein globales Artensterben vorliegen.

Frank

[triassammler]

Hallo,

@Krizu: Es ging ja nicht um generelle Fossilienarmut in einer Schicht, sondern um das - IMHO schon sehr als Spezialfall herausgegriffene - Beispiel für einen "Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut".

Ich hätte noch eine Idee bezüglich Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut: könnte man vielleicht auch davon ausgehen, dass die eine Schicht mit Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut, stratigrafisch in die Perm-Trias-Grenze einzuordnen wäre? 90% der Lebewesen sterben aus und wenige überleben.

Mitnichten. Es ist mal wieder alles deutlich komplizierter als es zunächst scheint.
1. Ein Artensterben reduziert nicht nur die Individuenzahl, sondern, wie der Name schon sagt, dadurch vor allem die Artenzahl. Es ist ja nicht so, dass auf einer Fläche X 100 Individuen von 10 verschiedenen Arten herumstanden, 90 von ihnen tot umfielen und sich dann von jeder Art 1 Individuum in die Trias hinüberrettete. Vielmehr fielen von 9 Arte ???n jeweils 10 Individuen um und 10 Individuen einer einzigen Art blieben übrig. Die Untertrias ist global sehr artenarm.
2. Zumal man sich das endpermische Massensterben (die Bezeichnung gibt schon einen Hinweis darauf, dass es sich nicht um ein urplötzliches Ereignis exakt an der P/T-Grenze handelt!) als langsamen, über Jahrhunderttausende fortschreitenden Prozess vorstellen muss, der allmählich die Arten, die mit den sich verschlechternden Umweltbedingungen nicht zurecht kamen, nach und nach zum Aussterben brachte. Mal hier eine Art, dort später eine weitere, usw.
Die Individuen der wenigen Arten, die übrig blieben, konnten sich ohne Konkurrenten in ihren Ökonischen gut vermehren. Man muss also zu Beginn der Trias von einer Artenarmut bei gleichzeitigem Individuenreichtum sprechen - genau das Gegenteil von dem, was Du im Sinn hast.

"Artenreichtum bei relativer Individuuenarmut" in einem Lebensraum ist ein Szenario, das biologischen Grundsätzen widerspricht. Im fossilen Beleg muss man deswegen nach taphonomischen (http://de.wikipedia.org/wiki/Fossilisationslehre) oder gesteinsdiagenetischen Gründen dafür suchen, nicht nach biologischen.

Gruß,
Rainer

PS: Ich finde diese Diskussion sehr interessant!