Was ist eigentlich ein Stein? Eine blöde Frage, oder? Jeder weiß doch, was ein Stein ist! Schließlich liegen die doch haufenweise an der Erdoberfläche herum. Hast du dich aber schon einmal gefragt, wie diese Steine eigentlich entstehen? Viele Steine sind nämlich Milliarden von Jahren alt und stammen noch aus Zeiten, in denen es noch gar kein höheres Leben auf der Erde gab! In diesem Artikel wollen wir uns in aller Kürze mit der Entstehung von Steinen befassen – und natürlich mit den Steinen, die für uns Urzeitforscher am interessantesten sind: den Fossilien!
Der Kreislauf der Gesteine
Die meisten Steine, die du auf der Erde finden kannst, haben eine viele Millionen oder sogar Milliarden Jahre lange Geschichte. Ursprünglich sind sie alle einmal tief unter der Erde entstanden. Aber seither befinden sie sich in einem langsamen, aber stetigen Kreislauf. Und viele haben ihre Form und Erscheinung seit ihrem Ursprung bereits in vielerlei Weise verändert.
Aber fangen wir einfach mal an der Basis an. Geologen unterscheiden insgesamt drei Typen von Gesteinen:
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Magmatische GesteineSie entstehen aus dem zähflüssigen, viele hundert Grad heißen Magma aus dem Erdmantel. Sie gelangen entweder bei einem Vulkanausbruch an die Oberfläche, dann nennt man sie „Ergussgesteine“. Typische Ergussgesteine sind etwa Basalt oder Bimsstein. Andere Magmatite bilden sich auch tief unter der Erdoberfläche, am Übergang zwischen Erdmantel und Erdkruste, wo sie langsam abkühlen. Solche Tiefengesteine, auch Plutonite genannt, sind etwa Granite oder Porphyre. |
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SedimentgesteineDiese entstehen ausschließlich an der oberen Erdkruste. Und zwar aus dem Material, das bei der natürlichen Erosion übrigbleibt: Der Sand, der durch Wind und Wetter von anderen Gesteinen abgetragen wird, kann nämlich wieder zu einem festen Gestein werden. Dazu muss der Sand sich ablagern, zum Beispiel am Grund eines Flusses, eines Sees oder an der Küste. Wenn immer wieder neuer Sand darauf liegen bleibt, werden die Schichten immer dicker und schwerer. Und so wird das Sediment durch die Auflast immer weiter zusammengedrückt, das Wasser herausgequetscht und im Laufe der Zeit wieder zu festem Sand- oder Kalkstein. Bei der Entstehung von Kalkstein können auch die toten Überreste von winzigen Wassertieren sedimentiert werden: die Kalk-Skelette des toten Planktons haben überall auf der Welt bereits mächtige Kalksteinschichten gebildet! |
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Metamorphe GesteineDer dritte Gesteinstyp sind die eben solche Steine, die zunächst an oder nahe der Oberfläche entstanden, aber dann durch die Bewegungen der Erdkruste wieder so tief in den Boden geschoben wurden, dass sie sich unter Druck und großer Hitze in völlig andere Steine verwandelten. Aus Kalkstein kann so zum Beispiel Marmor werden, aus Sandstein Quarzit, und aus Granit bildet sich in der Metamorphose Gneis! |
Das meinte ich vorhin mit dem immerwährenden Kreislauf, den du über dieses Bild bestimmt etwas besser nachvollziehen kannst:
In welchen Steinen können sich Fossilien befinden?
Fossilien können entsprechend nur in Sedimentgesteinen gefunden werden. Logisch: in magmatischen Gesteinen ist die Überlebenschance gleich null! Und selbst wenn ein Tier durch einen Unfall in flüssiges Gestein geraten würde, würde es dort sofort verbrennen, ohne dass auch nur die geringste Chance besteht, dass es zu einem Fossil wird.
Auch das metamorphe Gestein Marmor enthält in der Regel keine Fossilien. Es entsteht zwar aus Kalkstein, wo durchaus Fossilien eingeschlossen sein können. Aber durch den Prozess der metamorphen Umwandlung, bei hohem Druck und hoher Temperatur, wird die Struktur des ursprünglichen Kalksteins so stark verändert, dass alle Fossilien, die möglicherweise im Kalkstein vorhanden waren, zerstört werden. Allerdings kann es in einigen Bereichen des Marmors, die nicht vollständig metamorphosiert wurden, gelegentlich vorkommen, dass Fossilienreste erhalten bleiben. Dies ist jedoch selten, und diese Fossilien sind oft stark verformt oder unvollständig.
Die Grundsätze der Stratigraphie
Konzentrieren wir uns deshalb also nun auf die Sedimentgesteine. Wie bauen diese sich eigentlich auf? Jeder einzelne Stein, den du draußen finden kannst, ist nämlich nur ein Bruchstück, ein kleiner Teil einer einst mächtigen, zusammenhängenden Gesteinsschicht. Solche Schichten nennt man in der Fachsprache „Strata„, und die wissenschaftliche Disziplin, die sich mit ihrer Bildung befasst, nennt man Stratigraphie. Die Stratigraphie hilft Paläontologen, die Abfolge der Gesteinsschichten zu verstehen und somit zu bestimmen, aus welcher Zeit die Fossilien stammen.
Sedimentation
Und wie entstehen nun solche Gesteinsschichten? Im Grunde entstehen sie durch ganz normale Erde. Also alles, was an ihrer Oberfläche liegt, und mit der Zeit von den Elementen begraben wird. Tiere und Pflanzen sterben irgendwann, das ist völlig natürlich. In der Regel bleiben ihre Überreste einfach auf dem Boden liegen. Das Laub oder die Nadeln der Bäume fallen ab und werden so wie auch Tierkadaver allmählich von Mikroorganismen zersetzt. Doch auch Sand und Mineralien werden durch Regen, Wind, Eis und Flusswasser abgetragen (Erosion).
Die von den Elementen abgetragenen Sandbröckchen lagern sich am Boden ab, meist aber auch am Grund von Gewässern. Oft sind da auch bereits organische Substanzen dabei, wie z.B. die winzigen Außenskelette von Ruderfußkrebsen und anderem Plankton. Diesen Prozess, wobei sich allmächlich die Schichten ablagern, die dereinst zu neuen Gesteinen werden sollen, nennt man Sedimentation. Beide Prozesse, also die Erosion und Sedimentation, werden dir in diesem Video näher erklärt:
Die Sedimentschichten werden im Laufe der Zeit also immer dicker und dicker. Die älteren Sedimente werden auch mit der Zeit durch chemische Vorgänge mineralisiert und durch das Gewicht der über ihnen liegenden neueren Schichten zu festem Gestein zusammengepresst. Ein wichtiger Grundsatz bei der sogenannten Stratigraphie ist also: Die älteren Schichten liegen immer unter den jüngeren. Ist ja auch logisch!
Die Konsistenz der verschiedenen Strata kann ganz unterschiedlich sein. Mal ist so eine Sedimentschicht locker wie normale Erde. Mal hat man das Gefühl, sich durch dicken Lehm oder sogar Schokolade zu graben. Und manche Sedimente sind buchstäblich so steinhart, dass man ihnen nur mit Spitzhacke und Stemmeisen zu Leibe rücken kann!
Plattentektonik
Das ist aber noch nicht alles, was für uns als Fossiliensucher wichtig ist. Denn die Strata liegen nämlich meist nicht ordentlich übereinander, so wie die Seiten in einem Buch. Stattdessen werden die einzelnen Schichten durch tektonische Prozesse, also Bewegungen tief im Inneren der Erde, immer wieder zusammengedrückt, auseinandergerissen und verschoben. Die Abfolge der Strata ändert sich dadurch zwar nicht, sie können aber dabei aufgefaltet sein, wie das Innere einer Ziehharmonika!
Unsere Erde befindet sich stets im Wandel. Während sich die Kontinente verschieben, heben sich auch Gebirge empor. Diese Kraft, die sogenannte Plattentektonik, lässt auch die Gesteinsschichten selbst sich sehr langsam, aber trotzdem immer und stetig heben und senken. Und das führt mitunter dazu, dass Schichten aus längst vergangenen Zeiten, die anderswo kilometertief im Erdboden liegen, an anderen Orten wieder an die Oberfläche gedrückt werden.
Fossilien
Ein Paläontologe sucht in den Gesteinsschichten also streng genommen nicht etwa nach den Knochen eines Dinos. Denn in den vielen Jahrmillionen, unter denen das Skelett unter der Erde lag und im Gestein eingeschlossen wurde, sind diese Knochen längst ebenfalls zu Stein geworden. Der Paläontologe gräbt also im Gestein nach anderen Steinen. Ganz besonderen Steinen, die wir Fossilien nennen.
Die Knochen von Dinosauriern haben sich im Laufe der Jahrmillionen genauso in Stein verwandelt, wie der sie umgebende Rest des Sediments. Ein fossilierter Dinosaurierknochen ist deshalb auch viel schwerer, als es der echte Knochen des Tiers zu Lebzeiten war! Ein „frischer“ Oberschenkelknochen eines Triceratops war direkt nach dessen Tod noch so leicht, dass ein kräftiger Mensch ihn locker allein hätte heben können. Ein vollständig mineralisiertes Fossil des gleichen Knochens, 66 Ma später, wäre aber viel zu schwer dafür!
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Wenn du also in einem Cartoon siehst, wie einem Hund beim Anblick eines Dino-Skelettes das Wasser im Mund zusammenläuft, so ist das offenbar ein ziemlich blöder Köter. Denn er würde sich an einem fossilen Dino-Knochen buchstäblich die Zähne ausbeißen. |
Was ist ein Fossil?
Das Wort „Fossil“ leitet sich von dem lateinischen Partizip fossilis ab, das so viel wie „ausgegraben“ bedeutet. Allerdings sind damit nicht nur die Knochen von Tieren gemeint. Und auch nicht jedes Fossil ist eine Versteinerung! Pflanzenfossilien, sogenannte Dendrolithen, können uns z.B. Aufschluss über die Vegetation in der Urzeit geben. In fossilem Baumharz, das wir Bernstein nennen, kann auch fossile Luft eingeschossen sein. Im Baikalsee gibt es in seinen tiefsten Regionen sogar fossiles Wasser, das sich dort bereits seit vielen Millionen Jahren befindet!
Im Grunde bezeichnet man alle also alle Überreste und Spuren aus der Vergangenheit, die vor dem Zeitalter des Holozäns (also vor mehr als 11.700 Jahren) entstanden sind, als Fossil. Somit sind z.B. auch die Fußabdrücke (Ichnofossilien), die Eierschalen (Oofossilen) und sogar der versteinerte Kot (Koprolithen) von Dinosauriern Fossilien.
Und auch Stein- und Braunkohle, Erdöl und Erdgas gehören dazu, die wir deshalb auch als fossile Brennstoffe bezeichnen. Fossilien sind alle Überreste oder Spuren von Organismen aus der Urzeit, die noch in unserer eigenen Zeit erhalten sind. Oder salopp gesagt:
Ein Fossil ist alles, was tot ist, aber nicht mehr stinkt!
Wie entsteht ein Fossil?
Den meisten Dinosauriern passierte nach ihrem Tod genau das gleiche, was heute auch fast allen Tieren nach ihrem Ableben blüht. Wenn heute im Wald ein Reh oder ein Wildschwein sein Leben lässt, werden von dem Kadaver sehr schnell Aasfresser angezogen. Wölfe und Füchse laben sich gern an so einem Kadaver. Später sind auch Käfer, Würmer und Fliegen an der Reihe. Letztendlich wird sogar das Skelett von Mikroben zersetzt. Je nachdem, wie die Witterungsbedingungen sind, bleibt von jedem Tier im Normalfall schon nach relativ kurzer Zeit überhaupt nichts übrig. Es verwest vollkommen und wird zu Erde und Staub. So erging es auch den allermeisten Dinosauriern!
Damit ein Fossil entstehen kann, muss dieser natürliche Zersetzungsprozess unterbrochen werden. Dies klappt am besten, wenn es zügig von Schlamm oder anderen sauerstoffarmen Sedimenten bedeckt wird. Wenn ein Fluss über die Ufer tritt, oder ein Erdrutsch oder eine Schlammlawine das Gebiet verschüttet, oder wenn ein Sand- oder Schneesturm großflächig Gebiete verdeckt, bestehen gute Chancen, dass dort Fossilien erhalten bleiben. Flutkatastrophen, Überschwemmungen oder vulkanischer Ascheregen, die für die Lebewesen der Vorzeit sicher oft ein großes Unglück bedeuteten, sind heute ein Glück für die Forscher.
Denn unter diesen Voraussetzungen werden Fossilien sofort von ihrer Umwelt isoliert und sie haben so die Chance, bis in spätere Zeiten erhalten zu bleiben. Deshalb finden wir Fossilien vor allem in Gegenden, die vor Urzeiten einmal sehr feucht, sehr trocken, sehr kalt oder von vulkanischer Aktivität geprägt waren. Die Prozesse der Versteinerung, auch Diagenese genannt, führen im Laufe der Zeit dazu, dass Mineralien in die Überreste der Lebewesen eindringen und schließlich die organischen Substanzen ersetzen.
Jedes Fossil, auch das kleinste, ist also etwas ganz Besonderes. Denn es ist ein Überrest aus einer Zeit, aus der die meisten anderen Zeugnisse schon lange zu Staub zerfallen sind!
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