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Grenzton

KT-Grenze
KT-Grenze

KT-Grenze. Badlands nahe Drumheller, Alberta, wo die Erosion die KT-Grenze aufgeschlossen hat.

Glen Larson

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




Gründe für das Aussterben

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.

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

s.a. > https://www.mineralienatlas.de/lexikon/index.php/Massenaussterben



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)

Die Kreide/Tertiär-Grenze K/T-Grenze, engl. K/T-Boundary; seit 2004 KP-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)



Iridium-Anomalie und Chrom-Isotopenverhältnisse

Als Iridium-Anomalie bezeichnet man die weltweit nachweisbare erhöhte Konzentration des Elements Iridium und anderer Platinmetalle in Gesteinen aus Sedimenten, die vor 65 Millionen Jahren, an der Kreide-Tertiär-Grenze, abgelagert wurden.

Das Platinmetall Iridium kommt gewöhnlich nur in sehr geringen Konzentrationen von etwa 0,4 ppb in der Erdkruste vor. In Gesteinen der Kreide-Tertiär-Grenze, am häufigsten in karbonatarmen Tonsteinen, wurden weltweit Iridiumkonzentrationen von 0,5 - 50 ppb beobachtet. Diese teilweise enorm hohen Konzentrationen, die den Durchschnittswert deutlich übertreffen, konnten außer für Iridium auch für die übrigen fünf Platinmetalle Ruthenium, Rhodium, Palladium, Platin und Osmium nachgewiesen werden. Von diesen Metallen lässt sich Iridium am einfachsten durch Neutronenaktivierung nachweisen; die erhöhten Konzentrationen der übrigen Elemente wurden erst entdeckt, als der Begriff Iridium-Anomalie schon geprägt war. Entdeckung

Wissenschaftlich beschrieben wurde die global auftretende Anomalie 1980 von dem Physiknobelpreisträger Luis Walter Alvarez, seinem Sohn, dem Geologen Walter Alvarez und den Chemikern Frank Asaro und Helen Michels bei Gesteinen aus Gubbio in Italien und von Stevns Klint in Dänemark. Die italienischen Proben enthielten einen etwa 30-mal höheren Iridiumanteil als normal, der Anteil in den dänischen Proben überstieg die normale Konzentration sogar um das 160-fache. Da solch hohe Iridiumkonzentrationen von bis zu 550 ppb nur von Meteoriten bekannt sind, schlossen die Wissenschaftler auf eine Anreicherung des Elements durch ein massives Impaktereignis, den Einschlag eines kolossalen Meteoriten. Die weltweite Verbreitung erfolgte durch den atmosphärischen Transport des hoch aufgewirbelten iridiumhaltigen Staubs. Als Auslöser der Iridium-Anomalie gilt heutzutage der Kreide-Tertiär-Impakt, dessen Zeugnis der Chicxulub-Krater im Norden der Halbinsel Yucatán im Golf von Mexiko ist. Irdische Ursache und Gegenargumente

Kritiker sehen in der Impakttheorie nicht die einzige mögliche Ursache, weil Platinmetalle auch durch vulkanische Aktivitäten angereichert werden können. Dagegen sprechen jedoch die überall auf der Erde nachweisbaren ungewöhnlichen Iridium-Isotopenverhältnisse in den Sedimentgesteinen. Gestützt wird die Impakttheorie weiterhin durch die Chrom-Isotopenverhältnisse, die in den gleichen Schichten auftreten und weitgehend denen in chondritischen Meteoriten (Steinmeteoriten) entsprechen.

Heute gilt es als gesichert, dass die Iridium-Anomalie durch den Einschlag eines Himmelskörpers verursacht wurde. (Quelle: wikipedia: Text ist unter der Lizenz „Creative Commons Attribution/Share Alike“ verfügbar)



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.




Iridium-Anomalie bei Gubbio (Italien)

Der Fund einer dünnen Iridium-Anomalie an der Kreide-Tertiär-Grenze in sedimentären Gesteinen im umbrischen Apennin bei Gubbio durch Vater und Sohn Alvarez (1980) und ihre Interpretation als durch den Einschlag eines extraterrestrischen Gesteinskörpers (Asteroiden) vor etwa 65 Millionen Jahren verursachte Ablagerung löste eine weltweite Suche nach weiteren Lagen aus, welche in mehreren, unter möglichst verschiedenen Ablagerungsbedingungen entstandenen Gesteinsformationen erhalten geblieben sein könnten




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)
  • Gosauer Becken, Salzkammergut (Österreich)
  • Nye Klov (Dänemark)
  • Raton Basin (Colorado und New Mexico, USA)
  • Zumaya (Atlantik)

Bilder zu Grenzton

Grenzton
Grenzton

Grenzton - Handstück aus einer K/T-Grenztonlage; K/T-Boundary Grenzprofil; Fundort: Geulhemmerberg, Geulhem, E von Maastricht (NL)

Andy Richter
Grenzton
Grenzton

Grenzton-führende Sedimente bei Agost, Spanien

Grenzton
K/T-Grenze
K/T-Grenze

KT-Grenze (Roter Pfeil) entlang der Interstate 25, Raton Pass, Colorado, USA

Ank-Man

Nummulit
Nummulit

Foraminiferen (Nummuliten), aus einer K/T-Grenztonlage

Grenzton
Grenzton
Grenzton

Agost, Spanien

Grenzton

Nummulit
Nummulit

Foraminiferen (Nummulit), Durchmesser 16mm, aus einer K/T-Grenztonlage

Grenzton
Grenzton
Grenzton

Grenztonschicht in den unter dem vorhergehenden Bild; gezeigten Sedimenten; Agost, Spanien

Grenzton



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
  • Lahodynsy, R., 2003; Die Kreide-Tertiärgrenze im Salzkammergut; in: Weidinger J. T., Lobitzer H., Spitzbart I. (Hrsg.) 2003. Beiträge zur Geologie des Salzkammerguts Gmundner Geo-Studien 2 (ISBN 3 9500193-3
  • 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
  • Pálfy. J., 2005; Katastrophen der Erdgeschichte: globales Artensterben? ISBN 978-3-510-65211-2
  • 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




Verfasser

  • Peter Seroka




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