Das Karbon ist die fünfte Periode des Paläozoikums und wird auch „Steinkohlezeit“ genannt. In dieser Zeit bildeten sich die ersten und auch größten Kohleablagerungen der Welt. Dichte Wälder mit hohen Bäumen dominierten diese Zeit, die wohl die grünste der gesamten Erdgeschichte war. Viele bizarre Kreaturen lebten damals auf der Erde, und nun war das Leben nicht mehr nur in den Meeren spektakulär. Auch an Land gab es die ersten Giganten. Doch gehörten sie anders als man vielleicht denken könnte nicht zu den Wirbeltieren, sondern zu einer ganz anderen Tiergruppe…
Forschungsgeschichte des Karbon
Das Karbon wurde im Jahre 1822 als stratigraphische Einheit eingeführt, also genau in dem Jahr, als auch die ersten Dinosaurier (Iguanodon und Megalosaurus) wissenschaftlich benannt wurden. Seinen Namen verdankt diese Zeit dem lateinischen Ausdruck für „Kohle“ (carbo). Die Urheber dieses Namens waren William Daniel Conybeare und sein Kollege William Phillips. Beide gehörten zu den Pionieren der Geologie im England des viktorianischen Zeitalters. Viele ihrer Kollegen betonten stets, wie viel sie von den brillanten Publikationen von Conybeare und Phillips profitiert hatten. Darunter waren auch Adam Sedgwick, den wir ja bereits kennengelernt haben, und auch der exzentrische William Buckland, der Erstbeschreiber von Megalosaurus. Was heute vielleicht komisch erscheinen mag: viele der Pioniere der Geologie, wie Buckland und Conybeare, waren nicht nur Naturforscher, sondern auch Theologen und streng gläubig. Zu jener Zeit standen Kirche und Wissenschaft, Glauben und empirische Erkenntnisse also noch nicht in großem Konflikt zueinander.
Conybeare gehörte zu den ersten Mitgliedern der Geological Society of London. Der zwölf Jahre ältere Phillips war sogar eines ihrer Gründungsmitglieder. Conybeare ist darüber hinaus auch durch seine Verbindung zu Englands wohl berühmtester Fossiliensammlerin bekannt, nämlich Mary Anning, deren Funde er akribisch beschrieb und sie der Öffentlichkeit in Museen zugängig machte. U.a. die Gattung Plesiosaurus, ein von Anning entdecktes Meeresreptil, wurde von Conybeare mitbeschrieben. Auch mit Buckland arbeitete Conybeare mehrmals eng zusammen, vor allem in seinen Arbeiten über die englischen Kohlelagerstätten. Conybeares bedeutungsvollstes Werk ist jedoch Outlines of the Geology of England and Wales, das 1822 erschien und das er gemeinsam mit Phillips verfasste. Hierin wurde auch das Karbon als stratigraphische Einheit eingeführt. Phillips ist Mineraliensammlern außerdem als Namenspatron des Phillipsits bekannt.
Gliederung des Karbons
Das Karbon ist in die beiden Epochen Mississippium und Pennsylvanium unterteilt. Diese sind jeweils wieder in drei bzw. vier Alter (Tournaisium, Viséum und Serpukhovium, sowie Bashkirium, Moskovium, Kasimovium und Gzhelium) untergliedert. Die Untergrenze des Karbons ist durch das Erstauftreten der Conodonten-Art Siphonodella sulcata definiert und liegt bei 358,9 Ma. Die Obergrenze bildet ebenfalls das Erstauftreten eines Conodonten, nämlich Streptognathodus isolatus, das Karbon endete damit vor 298,9 Ma. Die Periode dauerte somit insgesamt etwa 60 Ma. Das offizielle Referenzprofil des GSSP für das Karbon ist das La Serre-Profil in der südöstlichen Montagne Noire in Frankreich.
Untergliederung und Synonyme
Der Name „Mississippium“ wurde 1869 vom amerikanischen Geologen Alexander Winchell vorgeschlagen. Es umfasst in Amerika Schichten von Kalkstein, besonders in der Gegend um den Mississippi, nachdem es auch leicht erkennbar benannt wurde. 1891 wurden dem Mississippium die kohlereichen Schichten des Pennsylvaniums gegenübergestellt. Diesen Namen prägte H. S. Williams im Jahre 1891. 2004 wurden beide Einheiten von der International Commission on Stratigraphy (ICS) und der International Union of Geological Sciences (IUGS) als Subsysteme des Karbon ratifiziert.
Regional sind auch bis heute weitere Untergliederungen in Gebrauch, auch wenn sie natürlich nicht mehr offiziell sind. Das mitteleuropäische Karbon wurde in Dinantium (Unterkarbon) und in Silesium (Oberkarbon) unterteilt. Das Dinantium wurde dort ferner in Balvium, Erbachium und Aprathium untergliedert, das Silesium in Namurium, Westfalium, Stefanium und Autunium. Allerdings stimmen die Grenzen dieser mitteleuropäischen Karbon-Unterteilungen, sowie auch die Abgrenzungen zu Devon und Perm nicht mit den offiziellen Grenzen überein. Das russische Karbon wurde außerdem in Ober-, Mittel- und Unterkarbon unterteilt.
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Das Tournaisium
Das älteste Alter des Karbon ist nach der Stadt Tournai (auch genannt Doornik) in Belgien benannt. Namensgeber war der belgische Geologe Laurent-Guillaume de Koninck in den Jahren 1842 – 1844. Das Tournaisium begann vor etwa 358,9 Ma.
Während des frühesten Unterkarbons setzte sich die Kaledonische Gebirgsbildung auf dem neugebildeten Großkontinent Laurussia weiter fort. Südlich von Laurussia lag ein weiterer Großkontinent, Gondwana, der das heutige Afrika, Südamerika, Australien, Indien und Antarktika umfasste. Zwischen den beiden Großkontinenten befand die Paläotethys, ein durch kleinere Massen kontinentaler Kruste (sogenannte Terrane) gegliederter Meeresraum. Im Tournaisium erreichte dieses Meer seine größte Ausdehnung.
Beginn der Karoo-Eiszeit
Grund dafür war vor allem ein massiver Anstieg des Meeresspiegels nach dem großen Massenaussterben am Ende des Devons, bei dem etwa 75% aller Arten ausgelöscht wurden. Der drastische Klimawandel setzte sich nun weiter fort, es wurde immer kühler. Etwa in der Mitte des Tournaisiums, vor etwa 352 Ma, endete das Warmklima endgültig. Ein Eiszeitalter begann, als vor allem die Landmassen des damaligen südlichen Polarkreises vergletscherten: die Karoo-Eiszeit. Spuren großflächiger Vergletscherungen finden sich in vielen Regionen Gondwanas in Form von Tilliten (Moränenablagerungen). Im Karbon kam es zu einem stetigen Wechsel aus Warm- und Kaltzeiten, ganz ähnlich wie während des Pleistozäns viele Jahrmillionen später.
Der Hauptgrund für die Abkühlung war wohl vor allem die Lage des großen Südkontinents direkt über dem Südpol. Der lag zu jener Zeit wahrscheinlich im heutigen Südafrika. Diese Lage führte zu einer sogenannten Eis-Albedo-Rückkopplung. Große Flächen, die von Eis und Schnee bedeckt sind, reflektieren das Sonnenlicht, sodass die Wärme gleich wieder in den Weltraum abstrahlt. Eine zirkumpolare Meeresströmung sorgte außerdem für eine natürliche Abkühlung, und auch das Wachsen der großen Kohlewälder spielte sicherlich eine Rolle. Die Bäume zogen sehr viel CO2 aus der Atmosphäre und verringerten damit den natürlichen Treibhauseffekt.
Das Viséum
Das zweite Alter des Karbons ist ebenfalls nach einer Stadt in Belgien, Visé, benannt. Dieser Name geht auf André Hubert Dumont (1832) zurück, der bereits die Zweigliederung des Karbons vorgeschlagen hatte. Durch Laurent-Guillaume de Koninck wurde diese Namenswahl zusätzlich bestätigt. Das Viséum begann vor 346,7 Ma.
Auch das Viséum war noch stark durch die Aussterbewellen des Kellwasser- und Hangenberg-Ereignisses geprägt. Von diesem Massenaussterben war vor allem die noch junge Tiergruppe der Ammonideen (die Vorläufer der Ammoniten) betroffen, genauso wie die Brachiopoden, Trilobiten, Conodonten, Stromatoporen, Ostrakoden (Muschelkrebse) und auch die Placodermi (Panzerfische). Diese gewaltigen Meeresräuber sollten sich von ihrem massiven Rückgang nie wieder erholen. An ihre Stelle traten schon im Viséum große Strahlenflosser.
Auch das pflanzliche Plankton war aufgrund der beiden Massenaussterben stark reduziert worden. Das gesamte Karbon und auch noch Perm hindurch gab es nur eine begrenzte Artenvielfalt bei den Kleinstlebewesen in den Meeren. Die meisten großen Riffe des Devons waren ebenfalls verschwunden. Das frühe Unterkarbon und auch noch der erste Teil des Viséums, also die Zeit vor etwa 360 bis 345 Ma, ist sehr arm an Fossilien. Sie wird deshalb auch als Romer-Lücke bezeichnet, nach dem U.S.-amerikanischen Geologen Alfred Romer, der diese Anomalie als erster beschrieb.
Die frühkarbonische Radiation
Viele Forscher sind der Meinung, dass diese drastische Umgestaltung der Meere zu einer lang anhaltenden Sauerstoffverknappung führte. Dies könnte den Landgang der Wirbeltiere begünstigt haben. Einige Fische waren ja bereits im Devon schon imstande, kurze Zeit an Land zu überleben. Ihre Schwimmblase entwickelte sich zu einer primitiven Lunge weiter. Jetzt, im Viséum, kam es zu einer beträchtlichen Radiation vieler Tiergruppen, darunter auch viele einfache Amphibien. Vor allem aber die an Land lebenden Gliederfüßer (Arthropoden) entwickelten sich nun zu einer nie dagewesenen Artenvielfalt. Tausend- und Hundertfüßer, Spinnen und Skorpione, aber vor allem die Insekten wurden zu den erfolgreichsten Landbewohnern.
Wegen des stetig steigenden Sauerstoffspiegels in der Atmosphäre wurden die Gliederfüßer nun auch immer größer. Arthropoden können nicht so wie wir aktiv ein- und ausatmen, weshalb ihre maximale Größe eng an den zur Verfügung stehenden Sauerstoff bindet. Im Unterkarbon erreichte der Sauerstoffpegel zum ersten Mal einen Wert von etwa 30%. Das ist rund ein Drittel höher als heute. Riesige Baumfarne, die in den nebelverhangenen Sümpfen prächtig gediehen, trieben den Sauerstoffgehalt im Laufe des Karbons sogar noch weiter in die Höhe. Und das führte dazu, dass sich in dieser Zeit bizarre Riesenformen unter den Gliederfüßern entwickelten, wie etwa der bis zu 3m lange Riesentausendfüßer Arthropleura oder der gewaltige Skorpion Pulmonoscorpius, der etwa so groß wie ein Dackel wurde. Ungewiss ist allerdings, wann sich die Gliederfüßer in die Lüfte erhoben. Die ersten geflügelten Insekten sind jedoch auch schon aus dem Unterkarbon fossil belegt.
Das Serpukhovium
Der letzte Abschnitt des Mississippiums heißt Serpukhovium und ist nach der Stadt Serpukhov in der Nähe von Moskau benannt. Sergej N. Nikitin schlug den Namen im Jahr 1890 vor, seit 2004 ist sein Beginn vor 330,9 Ma definiert.
Gebirgsbildung im Karbon: Die variszische Orogenese
Im Verlauf des Karbons schrammten die Kontinentalplatten von Laurussia und Gondwana aneinander entlang. Geologen bezeichnen so einen Vorgang als Konvergenz. Im Serpukhovium fand sie ihren ersten Höhepunkt. Als Resultat dieser allmählichen Kollision bildete sich auch hier eine Gebirgskette, die sogenannte variszische Orogenese (benannt nach dem germanischen Stamm der Varisker).
Zu den heutigen Höhenzügen, die seit dem Karbon aufgefaltet wurden, zählen der Harz, die Ardennen, das Rheinische Schiefergebirge, die Sudeten, das Erzgebirge, der Thüringer- und der Frankenwald, der Spessart, sowie die Pflanz, Ruhla und der Kyffhäuser. Auch die Gebirgslandschaften in Böhmen (Tschechien), der Schwarzwald, die Vogesen und auch große Teile des Urals haben sich damals zuerst gebildet. In manchen Gegenden, wie z.B. in den Pyrenäen oder den Alpen, haben jüngere Gebirge die einstigen variszischen Höhenzüge auch ein weiteres Mal angehoben, ihre Gipfel sind dementsprechend aber deutlich jünger.
Das Bashkirium
Das erste Alter des Pennsylvaniums, also des oberen Karbons, trägt seinen Namen nach dem Volk der Baschkiren, einem Bergvolk im südlichen Ural von Russland. Die russische Geologin Sofija Wiktorowna Semichatowa prägte den Namen im Jahr 1934. Der Beginn des Bashkiriums ist heute auf 323,2 Ma festgelegt.
Im frühen Oberkarbon begann sich der Bereich zwischen Nordwestafrika und Nordamerika zu schließen. Die dazwischenliegende Paläotethys verschwand allmählich. Die Kaledonische Gebirgsbildung fand in den nordamerikanischen Appalachen zu dieser Zeit ihren Abschluss.
Kohle und Eis
Immer wieder kam es in dieser Zeit zu verheerenden Waldbränden, die durch den extrem hohen Sauerstoffgehalt, der nun sogar schon bei 33% lag, begünstigt wurden. Im stetigen Wechsel fackelten riesige Wälder komplett ab und wuchsen binnen kurzer Zeit wieder nach, was zu einer enormen Inkohlung führte. Die Steinkohlebildung erreichte im Bashkirium und im darauf folgenden Moskovium ihren Höhepunkt. Besonders in an den Küstengebieten entstanden immer wieder neue Kohlesümpfe: der Meeresspiegel stieg im Laufe der Kalt- und Warmzeiten an und sank immer wieder ab. So wurden Sumpfgebiete überschwemmt, von Schlamm überdeckt und wieder zu Festland. Von Südengland über das Ruhrgebiet bis hin nach Polen ist diese ehemalige Küstenlinie noch heute ein wichtiger Wirtschaftsfaktor beim Kohleabbau. Besonders im Ruhrgebiet sind die Kohleschichten teils bis zu 6.000 Metern mächtig.
Der Himmel war in dieser Zeit wahrscheinlich sepiagelb, was an dem hohen Sauerstoffgehalt, aber auch an der Lichtstreuung durch Rußteilchen in der Atmosphäre lag. Durch diesen rauchigen Dunstschleier, aber auch wegen des immer weiter sinkenden CO2-Gehalts in der Atmosphäre, kühlte sich die Erde immer weiter ab. Die globalen Durchschnittstemperaturen erreichten nun nur noch 12 bis 14 °C während einer Warmzeit. In den Kernphasen der Glazialperioden lagen sie aber nur wenig über dem Gefrierpunkt! Laut einer Studie von 2017 wäre im Oberkarbon sogar beinahe der Kipppunkt erreicht worden, der eine globale Vereisung (Schneeball-Erde) zur Folge gehabt hätte.
Das Moskovium
Die russische Hauptstadt Moskau stand Pate für den Namen des zweiten Alters des Oberkarbons, ebenfalls nach einem Vorschlag von S. N. Nikitin (1890). Das Moskovium begann vor etwa 315,2 Ma und war die Blütezeit der Rieseninsekten.
Hier tritt nun z.B. Meganeura auf, eine riesige Libelle von der Größe eines Falken. Sie war die unangefochtene Königin der Lüfte des späten Karbons, denn Vögel oder andere fliegende Wirbeltiere gab es ja noch nicht. Aus der Luft machte sie Jagd auf kaum kleinere Fluginsekten, die von der reichhaltigen Pflanzenvielfalt profitierten. In vielen Darstellungen jener Zeit findet man oft auch eine Riesenspinne namens Megarachne. Neuere Forschungen konnten aber bestätigen, dass es sich bei ihr allerdings um einen normalgroßen, etwa 40 bis 50cm langen Eurypteriden (Seeskorpion) handelte und nicht um eine Riesenspinne, die an Land auf die Jagd ging. Die Seeskorpione waren wohl trotz ihres Artenrückgangs am Ende des Devons auch im Karbon noch immer erfolgreich vertreten. Dass es allerdings damals wirklich irgendwelche Monster-Spinnen gab, ist eher unwahrscheinlich.
Andere erfolgreiche Organismen des Moskoviums waren auch die Moostierchen (Bryozoa), verästelte oder fächerförmige, koloniebildende Tiere). Auch die Foraminiferen waren im Karbon sehr erfolgreich. Heute sind diese winzigen, gehäusetragenden Einzeller mit bloßem Auge kaum zu sehen, im Karbon konnten einige Vertreter wie Schwagerina und Fusulina aber bis zu 13cm Größe erreichen. Unter den größeren Meeresbewohnern stechen vor allem die Ammoniten hervor, die im Oberkarbon schon eine beträchtliche Artenvielfalt entwickelt hatten. Auch die ersten modernen Kopffüßer mit Innenschale, zu denen auch unsere heutigen Tintenfische gehörten, traten auf.
Oberes Karbon: Zeit der Tetrapoden und Super-Farne
Eine weitere Sternstunde schlug im Moskovium auch für die Wirbeltiere. Einigen von ihnen gelang es nun, sich endlich komplett vom Wasser als Lebensraum zu lösen. Sie legten fortan Eier mit einer dünnen Kalkschale, die allerdings auch auf trockenem Boden abgelegt werden konnten. Ihre Haut wurde schuppiger, und sie verloren über ihren Stoffwechsel nur noch sehr wenig Wasser. Kleine Amnioten wie Hylonomus und Petrolacosaurus gehörten zu den ersten Stamm-Reptilien. Auch die Amphibien entwickelten sich im Karbon stetig weiter. Im Oberkarbon brachten sie viele Formen hervor, die z.T. deutlich größer waren als heutige Salamander. Eryops war dabei vor allem in den üppigen Kohlesümpfen zu finden, während Crassigyrinus eher im Wasser zu Hause war.
Das Moskovium ist auch die letzte große Blütezeit der Kohlesümpfe und kann auch als Zeitalter der Farne bezeichnet werden. Die vorherrschenden Pflanzen damals waren die sogenannten Schuppenbäume (Lepidodendron) und Siegelbäume (Sigillaria). Ihre engsten Verwandten sind die Bärlappgewächse, die noch heute in vielen Sümpfen und feuchten Wäldern auf der ganzen Welt zu finden sind. Heute sind diese Pflanzen allerdings nur sehr klein, im Karbon waren es baumartige Riesen, die Wipfelhöhen von bis zu 40m erreichten. Auch die Schachtelhalme (Equisetopsida) brachten mit den sogenannten Kalamiten (Calamites) Baumformen hervor, die vielerorts auch als Fossilien überliefert sind. Auch einige Gefäßsporenpflanzen wurden zu hohen Bäumen, wie z.B. Glossopteris.
Das Kasimovium
Georgij I. Teodorovic benannte 1949 das vorletzte Alter des Karbons nach der russischen Stadt Kassimov. Zu seinem Beginn vor etwa 307 Ma vereinigten sich die Großkontinente Gondwana und Laurussia zu einem neuen Superkontinent: Pangaea. Diese riesige Festlandbarriere unterbrach sämtliche die Kontinente umspülenden Meeresströmungen, da es jetzt ja auch nur noch ein einziges, großes Meer gab: Panthalassa. Dies verstärkte nicht nur den Abkühlungstrend, es führte auch zu immer heftigeren Wetterextremen. Eiskalte Winter wechselten sich mit extrem heißen und trockenen Sommern ab. Die üppigen Regenwälder begannen vielerorts auszutrocknen. Im Landesinneren verschwanden somit die ausgedehnten Sumpflandschaften mit ihren Baumfarnriesen und wurden zu Wüsten.
Dieser drastische Klimawandel könnte aber auch eine kosmische Ursache gehabt haben: Im Süden Australiens, im Wartburton Basin, wurden vor einigen Jahren zwei riesige Krater entdeckt, die entweder in kurzem Abstand hintereinander oder auch gleichzeitig durch einen auseinanderbrechenden Asteroiden verursacht wurden. Beide Krater haben einen Durchmesser von etwa 200km und sind somit größer als der Chicxulub-Krater, der am Ende der Kreidezeit entstand. Ein so gewaltiger Doppel-Einschlag könnte massive Auswirkungen auf alle Ökosysteme gehabt haben.
Das Gzhelium
Das letzte Alter des Karbons begann vor 303,7 Ma und trägt seinen Namen nach dem russischen Dörfchen Gschel, ebenfalls nach einem Vorschlag S. N. Nikitins. Im Gzhelium befand sich der Südpol bereits ganz in der Nähe des Ortes, wo er auch heute noch liegt: Im Kernland der Antarktis, damals dann der südlichste Ausläufer Pangaeas. Die letzten Reste der Paläotethys schlossen sich nun vollständig, alle Binnenmeere verschwanden und wurden zu Salzwüsten.
Der Trend zu den immer extremeren Jahreszeiten und zur Austrocknung der Sumpfwälder verstärkte sich nun zusehends, bis es zu einem endgültigen Zusammenbruch kam. Als „Carboniferous Rainforest Collapse“ wird eine ökologische Katastrophe bezeichnet, bei der in Äquatornähe alle Regenwälder komplett und auch auf dem restlichen Planeten zum großen Teil verschwanden. Dies war das einzige Massenaussterben, das vor allem die Pflanzenwelt betraf. Zu keinem anderen Zeitpunkt in der Erdgeschichte kam es zu so einem drastischen Umbruch in der Botanik.
Neue Pflanzen im Karbon
Der Verlust dieser Lebensräume, die mehr als 50 Ma lang das Aussehen der Erde geprägt hatten, wurde auch vielen Landbewohnern zum Verhängnis. Besonders betroffen waren natürlich die Gliederfüßer, wie die Riesentausendfüßer. Aber auch viele der Temnospondyli und noch eng ans Wasser gebundene Amnioten starben aus. Von dem Verschwinden der Sümpfe profitierten dafür andere Pflanzengruppen. Aus dem Gzhelium sind die ersten Vertreter der nacktsamigen Pflanzen (Gymnospermae) nachgewiesen, wie die nadeltragenden Cordaiten. Die zu den Voltziales zählende, ebenfalls benadelten Gattungen Lebachia der Utrechtiaceae und Walchia traten ebenfalls im Gzhelium auf.
Die Riesenlibellen jedoch überlebten interessanterweise noch bis ins Perm hinein. Was ihnen dort dann zum Verhängnis wurde, darüber mehr in der nächsten Episode.
Folgende Episoden aus der Reihe „Die Geschichte unserer Erde“ sind außerdem bereits erschienen:
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Eine Reise durch die Zeit
Der Beginn des Lebens auf unserer Erde Das Karbon Der Jura Die Kreide Das Paläogen Das Neogen Das Quartär Die Welt der Zukunft |
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