Kann das "Szenario Sendai" auch Kalifornien treffen?

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Die Welt schien den Atem anzuhalten. Viele, sehr viele Menschen beobachtetn gebannt, was in Japan passierte. Ein Erdbeben. Ein starkes dazu. Darauf folgte ein Tsunami. Tausende Tote, Hunderttausend obdachlos. Ein Naturereignis wurde zu einer menschlichen Tragödie.

Beben und Flutwellen beschädigten Atomkraftwerke im Nordosten Japans. Reaktorexplosionen. Kernschmelzen. Man weiss nicht mit Sicherheit, was alles vorgefallen ist. Was man weiß ist, das Angst herrschte. Nicht nur in Japan selbst, auch über dem Pazifik, denn die geologische Situation ist hier ähnlich. Das gegenüberliegende Ende der Pazifischen Platte taucht unter die Nordamerikanische Platte, bzw. die Cocosplatte ab. Die Kaskadenkette zeugt von der Macht, die an so einer Zone tektonischer Aktivität herrscht.

An der San - Andreas- Störung, einer Transformstörung auf kontinentalen Boden, fanden schon mehrfach schwere Erdbeben statt.

Die Angst ist groß in Kalifornien. Kann sich dort das Unglück von Japan wiederholen? Gibt es die "Gefahr von Fukushima" auch dort?

In einem sehr spannenden und emotionalen Beitrag berichtete Garry Hayes davon, was er als Geologielehrer erlebte, als er nach den Ereignissen der letzten Wochen zum ersten Mal wieder auf seine Studenten stieß.

"Es war mein erster Tag zurück in der Klasse nach dem 9.0 Beben in Sendai, Japan." schreibt er auf seinem Blog. "Der perfekte Moment zum Unterrichten. Nur fühlte es sich nicht nach Unterrichten an. Ich fühlte nur Trauer."

Den Studenten erging es ähnlich. Und so gestaltete er den Plan spontan um und eröffnete eine Fragerunde. Die Studenten fragten, er versuchte zu antworten. Vieles konnte er erklären, manches nicht. Zentral war die Frage, ob man das Szenario so auch auf Kalifornien anwenden kann.

Hier ein paar Beispiele der Fragen und Antworten:

Könnte es in Kalifornien auch ein Beben der Stärke 9 geben?

Ja und nein. Die legendäre San Andreas Spalte kann Beben im Bereich der Magnitude 8 hervorrufen, das ist ungefähr ein Dreißigstel der Stärke des Sendai Erdbebens. Viele andere Störungen in Kalifornien haben Dutzende Beben der Stärke 6,5 - 7,5 produziert, manche davon waren desaströs. Magnitude 9? Nicht ganz. Die kaskadische Subduktionszone verläuft weit ab der Küste Nordkaliforniens und erstreckt sich über Oregon und Washington. Dieses Störungssystem löste 1700 ein Beben der Stärke 9 aus. Studien zeigen, dass solch ein Erdstoß alle paar hundert Jahre stattfindet. Solch ein Beben würde erhebliche Konsequenten in NKal und dem Nordwestpazifik haben.

Werden wir von einer gefährlichen radioaktiven Wolke getroffen werden?

Ich denke nicht, die Experten sagen, dass sie sich in der Atmosphäre verteilen wird und auf dem Ozean niedergehen wird bevor sie uns erreicht. Ich sorge mich mehr um die Menschen, die in der Umgebung der Atomkraftwerke wohnen. Wenn das schlimmste Szenario eintritt, könnte das Land, auf dem sie ihr ganzes Leben verbracht haben, als "unbewohnbar" deklariert werden. Wohin werden sie gehen?

Ich bin froh, dass die Kernschmelze nicht hier passierte.

Wie viele von Ihnen wissen, wo ihre Energie herkommt? Kalifornien hat zwei laufende Atomkraftwerke, beide an der Küste, beide in der Nähe von Störungszonen. Eine weitere stillgelegte Anlage liegt nur 80 Meilen von uns, mit allen Brennstäben in ihr. Die Ingenieure der Werke sagen, dass sie bereit sind für alles, was auch immer passieren wird. (Ich beisse mir auf die Zunge um zu vermeiden, politisch zu werden).

Kann uns ein Tsunami im Central Valley treffen so wie er Japan traf?

Nein, das ist unwahrscheinlich. Doch wir haben ein anderes Problem: Das Sakramento Delta. Die etwa drei Dutzend Inseln im Delta sind "beschützt" von jahrhundertealten Dämmen, die schon durch Bisamrattenhöhlen zusammenbrechen könnten. Die Inseln sind im letzten Jahrhundert abgesunken, die meisten sind mittlerweile unterhalb des Meeresspiegels. Schon ein mittleres Beben könnte zum völligen Versagen der Dämme führen und somit die Inseln völlig überfluten. Wären sie nur vereinsamte Farmen, könnten wir damit umgehen. Doch die Pumpen des Kalifornischen Wasserprojekts sind in der Mitte der Inselgruppe und die Überflutung könnte die Wasserversorgung von 20 Millionen Menschen für Monate, wenn nicht Jahre, zerstören.

Was würde "Das Große" mit uns tun?

Das kommt darauf an, von welchem "Großen" Sie reden. Eine Wiederholung des 1906er in San Francisco? Oder des 1857er von Fort Tejon? Oder das "Lone Pine" Beben von 1872? Oder ein anderes? All diese waren fast Stärke 8, und wenn sie wieder passieren würden, wären die Schäden immens. Zudem gibt es Dutzende anderer aktiver Störungszonen in Kalifornien. Doch hier im Central Valley? Das ist schwierig zu sagen. Das von 1906 war natürlich spürbar, verursachte bei uns aber nicht den massiven Schaden. [...]

Zum Ende hatte Garry Hayes noch eine Frage an seine Klasse: "Wieviele von Ihnen haben ein Erdbeben Notfallset bei sich zu Hause oder im Auto?"

Es meldeten sich 2 oder drei. Das lässt nur eine Zusammenfassung zu:

"We are not ready..."

Ihr könnt den ganzen Artikel hier nachlesen.

Autor: Anke Bebber· 30.04.11 · 13:25 Uhr· 31 Kommentare

Paläoökologische Fallstudie der Silurfauna Gotlands Teil 3/3: Das Diorama entsteht

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 6

Danke für das Verfolgen der ersten Teile meiner Serie. Zuerst schrieb ich ja über das Silur, vornehmlich im Hinblick auf Plattentektonik. Danach ging es um die Faunenzusammensetzung rezenter Riffe im Vergleich zu den paläozoischen Pendants.

Hier nun möchte ich den vielleicht interessantesten Teil der Serie bringen, nämlich den, wo ich zeige, wie man aus gesammelten, grauen (verkieselten) Fossilien ein buntes, anschauliches Modell herstellt.
Das Ganze ist eine Praktikumsarbeit, die ich während meines Geologiestudiums angefertigt habe. Das Diorama selbst ist in den Sammlungsbestand der Staatlichen Naturhistorischen Sammlungen Dresden übergegangen.

Zuerst musste erarbeitet werden, welche Gattungen mit je wie vielen Individuen exemplarisch als Beispiel des Lebensraum dienen sollen. Hierfür diente die statistische Auswertung aller gesammelter und bestimmter Stücke je Fundort als Grundlage.

	% Gattungen gesamt	% Individuen gesamt
Anthozoa	42,3	64,3
Articulata	23,1	17,0
Gastropoda	15,4	8,7
Cephalopoda	11,5	4,1
Porifera	3,8	5,4
Trilobita	3,8	0,4

Die Tabelle zeigt, wie die Klassen und die dazugehörigen Individuen verteilt sind. Entsprechend dieser Verteilung wurden Gattungen für die Rekonstruktion ausgewählt.

So sind die Vertreter der Anthozoa: Heliolites, Favosites, Halysites und Cystiphyllum. Für die Brachiopoden stehen Atrypa und Ferganella. Oriostoma und Euomphalopterus repräsentieren die Gastropoden, Stromatopora wurde für die Schwämme erwählt und Orthoceras vertritt die Cephalopoden. (Und wem das zu viel lateinische Namen sind, der nimmt das einfach mal so hin. Hier geht es nur um die Spezifizierung der häufigsten Vertreter der damaligen Zeit und das Heraussuchen der passenden zu rekonstruierenden Fossilien.Was das alles im Einzelnen ist, darüber schrieb ich Teil 2.)

Zu Beginn des Baus stand die mechanische Bearbeitung der zum Abformen ausgewählten Stücke an. Vor allem der Druckluftmeißel war hier das gängige Werkzeug. Die verkieselten Fossilien mussten möglichst großflächig von ihrer Kalksteinauflage befreit werden, damit eine gute Grundlage für die Abformung vorhanden war. Teilweise wurden die Stücke über Nacht hierfür in eine verdünnte Salzsäurelösung gelegt, da HCl den Kalk, aber nicht das SiO2 (Kieselgel- verkieselte Fossilien)

Nachdem die Stücke in ihrer letztendlichen Form vorlagen, konnte mit dem Abformen begonnen werden.

Die rugosen Korallen und die Brachiopoden wurden mittels einer zweiteiligen Silikonkautschukform und anschließendem Ausgießen mit Kunstharz abgeformt. Das Arbeiten mit Zweikomponenten- Werkstoffen hat Vor- und Nachteile. Die Vorteile sind eine hohe Detailgenauigkeit und ihre Wasserresistenz. Die Nachteile sind hohe Kosten und die hohe Anfälligkeit auf Verarbeitungsfehler. So kam es vor, dass eine Silikonkautschukform nach dem Aushärten einige weiche Stellen hatte, die nicht mehr nachträglich zu Härten gingen, denn an diesen Stellen war der Härter nicht gleichmäßig in die Silikonmasse eingerührt worden. Ein zu heftiges Rühren allerdings verursacht eine starke Luftuntermischung, welche zu Blasen führt, die die Form unbrauchbar macht, wenn man sie nicht sorgfältig mit dem Pinsel entfernt. Beide Probleme, die schlechte Vermischung und die Detailzerstörung durch Bläschen, sind auch beim Ausgießen mit Kunstharz aufgetreten.

Deswegen wurde für die tabulaten und die zweite Abformreihe der rugosen Korallen Latex als Abformmittel eingesetzt. Dies ist durch das lagenförmige Auftragen zeitaufwendig und sollte wegen der Geruchsentwicklung möglichst im Freien oder unter einem Abzug geschehen. Allerdings wurden hiermit die besten Ergebnisse erzielt. Latex ist durch die flüssige Konsistenz sehr genau im Abformen der Oberflächenstrukturen, nicht so kostenintensiv wie die Zweikomponenten- Werkstoffe und lässt sich einfach mit einem Pinsel auftragen. Da keine Härter zugesetzt werden müssen, schließen sich die unregelmäßige Endkonsistenz und eingerührte Bläschen aus.

Es wurde auch mit Latex- Verdicker gearbeitet, um am Ende die nötige Schichtdicke von mindestens 2mm zu erreichen. Die so entstandenen Formen waren sehr flexibel und ließen sich ohne Probleme vom teilweise stark und fein unterschnittenen Stein ablösen.

Ausgegossen wurden sie mit stark verflüssigtem Gips. So wurden auch feine Strukturen deutlich abgeformt und selbst große Stücke wir die Tabulatenstöcke konnten massiv hergestellt werden und blieben in einem kostengünstigen Rahmen.
Nachdem die Gipsblöcke und Kunstharzelemente durchgetrocknet waren, was bei ersteren wenige und beim Harz ca. 24h dauert, konnten sie koloriert und rekonstruiert werden.

Für die Korallen wurden aus ofenhärtender Knetmasse der Firma „Fimo" Weichkörper modelliert, die anschließend einzeln bemalt und aufgeklebt wurden. Die Knetmasse eignet sich gut zum Verarbeiten, denn die feinen Tentakeln mussten einzeln geformt und gerichtet werden, um einen realistischen, lebhaften Eindruck zu vermitteln. Die Polypen von Halysites wurden kleiner als die von Heliolites, und diese wiederum wurden kleiner als die von Favosites nachgebildet. Der Grund liegt in der durch das Gestein vorgegebenen Größe des Skelettquerschnittes. Die Farben wurden willkürlich gewählt, lehnen sich aber an die Leuchtkraft rezenter Riffe an.
Cystiphyllum als Rugose erhielt 16 Tentakeln als Vielfaches von 4, was in der zugrundeliegenden Symmetrie begründet ist. Sicher waren es in Wirklichkeit mehr, allerdings waren unter dem zeitlichen Rahmen derartige Details nicht möglich.

Die Brachiopoden bekamen dezente Farben, da die Individuen klein und unscheinbar waren.
Atrypa wurde ohne Stiel rekonstruiert, da anzunehmen ist, dass adulte Tiere ohne dieses Hilfsmittel auf dem weichen Untergründen auflagen.
Ferganella wurde an eine erhobene Stelle gesetzt, da sie als freie Filtrierer an exponierten Stellen eine bessere Nahrungszufuhr erhält als an versteckten Nischen.



Die beiden Schnecken waren als Originalfossil nicht vollständig erhalten, so dass ein Teil der Schale, vor allem bei Euomphalopterus, aus Knetmasse nachgebildet werden musste. Der Weichkörper ist durch nicht erhaltene Substanz, frei erfunden worden. Der Grundgedanke bei der Gestaltung war eine optimale Anpassung an den Lebensraum. Da Oriostoma ein kleines, kompaktes Gehäuse hat, wurde sie als Felsbewohner gestaltet, mit einem kleinen, schlanken Körper. Die Farben dienen der symbolischen Anpassung an eine Heliolites- Kolonie.

Euomphalopterus hat einen verbreiterten Rand an der letzten Gehäusewindung, das könnte zum Schutz gegen das Einsinken im weiche Sediment dienen, so wurde der Weichkörper mit einer Vergrößerung des Fußes durch einen lamellenartigen Rand geformt.
Die Farben dienen der Tarnung auf dem Sediment in Nähe der Korallen.

Orthoceras dient als Vertreter der Kopffüßer.

Nachdem eine komplette Weichkörperrekonstruktion aus Modellier- und Knetmasse nicht das gewünschte Ergebnis erzielt hatte und die Zoologieabteilung tatkräftige Unterstützung versprach, wurde ein spannendes Experiment gestartet. Die Arme sollten aus echten Oktopus- Teilen hergestellt werden. Hierfür ging ich in eine Feinkostabteilung und kaufte eine Packung Tintenfische. Nach dem Auftauen und dem Sortieren nach Größe und Erhaltung, wurde das zum Gehäuse passendste Exemplar ausgewählt. Der Armteil wurde abgetrennt und mit feinen Drähten konnte eine lebensnahe Haltung nachgebildet werden. Das Metall bis in die feinen Armspitzen zu schieben ohne das zarte Gewebe zu stark zu zerstören, war eine herausfordernde Aufgabe.

Nachdem jedoch eine ansprechende Position gefunden worden war, kam es zum nächsten Schritt. Das Stück wurde eingefrohren und danach 4 Tage lang im Gefriertrockner des zoologischen Präparatoriums konserviert. Hierbei kam es zu einer Schrumpfung und Auffaltung des Fleisches, was optisch nicht gerade toll ist, aber die Tatsache eines gefriergetrockneten Tintenfischteils an einer Orthocerasnachbildung ist cool genug, um das wettzumachen.

Das harte Molluskengehäuse wurde mit Silikonkautschuk abgeformt.

Die verwendeten Farben dienen der Anpassung an die Umwelt und entsprechen dem heutigen Möglichkeiten der Kopffüßer. Da sie im Unter- Silur die vorherrschenden Räuber waren und durch ihre Größe kaum natürliche Feinde hatten, ist nicht sicher, ob sie derartige Tarnmuster bereits entwickelt hatten. Die Jungtiere allerdings waren sicher nicht völlig schutzlos der Umgebung ausgeliefert.

Wichtige Riffbildner waren die Stromatoporen, die mit zwei Individuen nachgebildet wurden. Die Lagenstruktur soll durch die Farbgebung deutlich gemacht werden. Da in den Kalk die Trübstoffe der Umgebung mit eingelagert werden, sind die, wie die Umgebung, in grün-braunen Tönen gehalten.

Nachdem die einzelnen Individuen gestaltet wurden, konnte das Riff zusammengesetzt werden. Um es später in die Sammlung eingliedern zu können, wurde ein Standarttablett der Sammlungsschränke als Grundlage genommen.

Die Tabulata und Stromatopora dienen als „Riffkern" im Hintergrund, sie wurden auf verschieden hohe Styroporplatten gesetzt, um eine natürliche Verteilung nachbilden zu können. Danach wurden die Platten und Abgüsse mit PU- Schaum verbunden. Nachdem dies ausgehärtet war, wurde die wulstige Oberfläche mechanisch geglättet und Bodenunregelmäßigkeiten modelliert. Anschließend wurden die noch vorhandenen Hohlräume zwischen den Korallen und Schwämmen mit einer lufttrocknenden Modelliermasse ausgeschmiert.

Zur großflächigen Oberflächengestaltung diente wieder verwässerter Gips. Nachdem dieser ausgehärtet war, wurde in Senken und Nischen eine Ponal (Holzkaltleim)- Feinsand- Mischung eingepinselt, diese symbolisiert die Zusetzung mit Substrat in Sedimentfallen. Durch den Leim verhärtet der Sand und erhält eine „Nass-Optik".
Nach diesen Schritten wurde der Holzrand des Tabletts gereinigt und abgeschliffen, anschließend abgeklebt, denn nun konnte der aufgetragene Meeresboden koloriert werden. Wie für die Lebewesen wurden Feinsprühfarben verwendet, die mittels Airbrush- Technik aufgetragen wurden.

Um eine belebte Wirkung zu erzielen, wurde an einer Stelle nach der Farbgebung erneut Ponal- Holzleim aufgetragen und Sand aufgesiebt. Dieser Bereich imitiert einen frischen, noch nicht verunreinigten Sedimenteintrag.

Nach mehreren Wochen Detailarbeit, vielem Gefluche über Korallen, deren Tentakeln und Fimo, Gehänsel über viel zu bunte Farben und Begeisterung über die Fülle an Techniken, war das Diorama schließlich fertig, wurde beschriftet und sollte im Sammlungsschrank verschwinden.
Doch leider ging das nicht :)
Ich hatte bei meinem Bau nicht bedacht, dass das Maß des Standardtabletts INNEN für die Schränke relevant ist. Da ich meine Stromatoporen aber diesen habe überlappen lassen, ließ sich das Stück nicht mehr in den Schrank schieben.
Na, dann wurde eben kurzerhand eine Vitrine freigeräumt und es als temporäres Ausstellungsstück in den Paläo-gang gestellt. <3
Ich würde gern mal wissen, ob es noch immer da steht...

Autor: Anke Bebber· 29.04.11 · 12:00 Uhr· 6 Kommentare

Paläoökologische Fallstudie der Silurfauna Gotlands Teil 2/3: "Alles" oder "viel" über Riffe

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 3

Gestern erzählte ich euch, dass ich hier von meinem Diorama oder Modell oder der Rekonstruktion der Silurfauna eines "Tabulaten-Stromatoporenriffes" berichten wollte. Möglicherweise war die Einführung zu trocken, deswegen gibt es heute gleich zu Beginn einen weiteren Teaser des fertigen Dioramas:

Und nun zu Riffen.

Was sollte man über rezente, also heute existierende Riffe und deren Faunenzusammensetzung wissen? Fangen wir mal mit einer schnöden Definition an:

Ein Riff ist „... eine maßgeblich von lebenden Organismen aufgebaute, meist bankförmige Struktur, die vom Meeresboden bis zur Wasseroberfläche reicht
und so groß ist, dass sie erheblich die physikalischen und damit auch ökologischen Eigenheiten ihrer Umgebung beeinflusst. Ihre Konsistenz ist hinreichend fest,
den anbrechenden Wasserkräften zu widerstehen und damit einen vieljährigen, charakteristisch gegliederten Raum für spezifisch angepasste Bewohner zu
bilden." (Vgl. Schuhmacher, H.: Korallenriffe. Ihre Verbreitung, Tierwelt und Ökologie, München 1976.)

Wie entsteht so ein Gebilde?
Aus einem kleinen Bioherm entwickelt sich mit der Zeit ein stabiler Riffkörper. Ein großer Störfaktor bei dessen Entstehung ist die Wasserbewegung. Eine starke Brandung erlaubt kein Wachsen in die Höhe, es bilden sich in dessen Folge weitläufige Biostrome (Äquivalent zu Bioherm, nur ohne Höhenwachstum) aus.
Kann ein Bioherm sich jedoch stabil entwickeln, bilden die Riffbildner, im Allgemeinen Korallen, das Grundgerüst. Gerüstbinder kommen hinzu, das sind meist Algen, deren Kalkabscheidungen die Oberfläche inkrustieren. Die entstehenden Hohlräume werden mit eingetragenem Sediment oder Kalkbruchstücken gefüllt, die im Brandungsbereich abbrechen.
Ein typisches Riff besteht aus 2 Teilen:
Der Riffkern wächst wie eben beschrieben zur Wasseroberfläche, bis er bei Ebbe trockenfällt. Durch den Brandungseffekt bildet sich zur Seeseite eine Schutthalde. An der Riffrückseite schließt sich ein Bereich mit wenig oder keiner Wasserströmung an, die man Lagune nennt.

Und war das im Silur anders?
Jein. Prinzipiell funktionierte das Ganze damals genauso wie heute, nur waren die Riffbildner andere.
Stromatoporen, die man den Schwämmen zuordnen kann, bildeten den Grundstock mit dicken, brandungsresistenten Kalklagen. Ebenso tabulate Korallen, die stockartige Wuchsformen annahmen, nahmen einen großen Stellenwert ein. Dazwischen wuchsen viele Arten von Brachiopoden auf den Kalkgründen, Schnecken weideten die Gebiete ab. Als Räuber spielten Cephalopoden eine wichtige Rolle.
Heute gelten Temperaturen zwischen 22 und 28°C als Bedingung für die Riffbildung, sowie lichtdurchlässige Flachwasserzonen. Für die paläozoischen Riffe nimmt man das selbe an.
Ein typisches Tabulaten- Stromatoporen- Riff entstand in drei Phasen.
Im Pionier- Stadium bestand das Bioherm aus einzelnen, zerbrechlichen rugosen und tabulaten Korallen. Blieben sie stabil, entwickelte sich im Übergang zum Riff ein intermediäres Stadium, indem sich größere, rundlichere Kolonien auf dem abgestorbenen Ausgangsbestand ansiedelten. Das dritte und Reifestadium ist gekennzeichnet durch ein Aufwachsen des Riffes zur Wasseroberfläche. Der Brandungsbereich wurde von dicken Stromatoporen bevölkert, in dessen Leeseite sich vielseitige Formen ansiedeln konnten. In der Lagune konnten feingliedrige Arten bestehen bleiben. Die Rückseite eines solchen Plattformriffs wurde wieder von Stromatoporen geschützt.

Abbildung aus: Stanley, S. M.: Historische Geologie. Eine Einführung in die Geschichte der Erde und des Lebens, Heidelberg, Berlin, Oxford 1994. Seite 347

Und im nächsten Teil dann zeige ich euch, mit welchen unterschiedlichen Präparations- und Moddelierungsverfahren/ techniken ich so eine Riffgemeinschaft nachgebaut habe. Wollt ihr noch einen kleinen Teaser? Bitte sehr:

Autor: Anke Bebber· 28.04.11 · 14:00 Uhr· 3 Kommentare

Paläoökologische Fallstudie der Silurfauna Gotlands Teil 1/3: Geologische Grundlagen

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 2

In den nächten Tagen habe ich vor, euch eine sehr spannende Geschichte zu präsentieren. Die entstand während eines Praktikums in den Staatlichen Naturhistorischen Sammlungen Dresden und beinhaltete die Aufgabe, aus vorhandenem Sammlungsmaterial Gotlands letztlich ein Modell zu bauen, was die Faunengemeinschaft der damaligen Riffe repräsentiert.

Im ersten Teil möchte ich grundsätzliche geologische/plattentektonische Dinge klären, damit ihr euch vorstellen könnt, was im Silur global und lokal passiert ist.
Der zweite Teil wird sich mit rezenten und silurischen Riffen beschäftigen, damit auch biologisch alle nötigen Vorkenntnisse geebnet sind.
Der dritte und letzte Teil wird für viele sicher der spannendste sein, denn er wird im Detail beschreiben, was ich wie, mit welchen Materialien und aus welchen Gründen gestaltet habe. Nur soviel als Teaser: von Gips- und Acrylabgüssen geht es am Ende hin zu gefriergetrockneten Tintenfisch. :) Also, jede Menge Action für so kleine graue Steinchen!

Und los gehts mit dem theoretischen Teil:

Das Silur zählt zusammen mit dem Devon zum mittleren Paläozoikum. Es begann vor 438Millionen Jahren und endete vor 410Millionen Jahren. Gondwana lag noch immer im Süden, die anderen Kontinente, bis auf die Sibirische Plattform nördlich von Baltica, reihten sich in Äquatornähe aneinander. Das wichtigste plattentektonische Ereignis im mittleren Paläozoikum war die Schließung des Iapetus - Ozeans mit der Auffaltung der Kaledoniden im heutigen Europa und des Akadischen Gebirges im Gebiet der heutigen Appalachen.

Die Erde im Silur. (wikipedia via 36ophiuchi)

Die oberordovizischen Vereisungen, die durch die Südpollage Gondwanas bedingt waren, schmolzen langsam ab und es kam in Folge dessen im Unter -Silur zu einem allgemeinen Meeresspiegelanstieg. Ab dem Wenlock ist ein erneutes, stetiges Fallen des Meeresspiegels dokumentiert worden. Das Klima wird als trocken beschrieben, und die Erwärmung der Erde führte in den Flachwassergebieten zu Karbonatablagerungen bis hin zu Evaporiten.
Durch die reduzierte Artenvielfalt nach dem Massenaussterben am Ende des Ordoviziums konnten viele Lebensräume neu besiedelt werden.
Die meisten ordovizischen Taxa erholten sich im Silur wieder und bevölkerten weite Teile des Planeten.
So beherrschten benthonische Brachiopoden und pelagische Graptolithen das Bild. Die Trilobiten erreichen die im älteren Paläozoikum erlangte Artenvielfalt nicht mehr und gingen langsam zurück. In bestimmten, kleinen Bereichen waren Korallen, Mollusken, Bryozoen, Ostracoden und Crinoiden häufig und schlossen sich zu Faunengemeinschaften zusammen. Als aktive Räuber waren nicht allein die Riesenformen der Gehäusecephalopoden dominant. Eurypteriden übernahmen in bestimmten Regionen der Brackwasserzone ihre Rolle.
Als Bereicherung, weniger als ubiquitäre Erscheinungen, gediehen Riffe in den flachwarmen Schelfgebieten sehr gut. Sie erreichten größere Ausmaße als die bisher in der Erdgeschichte aufgetretenen Bryozoenriffe. Die sogenannten Tabulaten- Stromatoporen- Riffe diversifizierten im Unter- Silur und bestanden erfolgreich bis ins Ober- Devon, wo ein Massenaussterben dieser Entwicklung ein Ende setzte.

Geologisch kann man Gotland dem Kontinent Baltica zuordnen. Dieser stellte zu Beginn des Kambriums eine weite, tiefgründig verwitterte Flachlandschaft dar, die nun von einem Meer überflutet wurde. So änderten sich die Festlandsgrenzen beziehungsweise die Wassertiefen, so dass sich unterschiedliche Sedimente ablagern konnten.
Die ältesten kambrischen Ablagerungen sind reine, homogene Sandsteine. Sie sind die Reste der ebenen Fläche, die nach der präkambrischen Verwitterung den Kontinent bedeckten und nun durch die Wasserbewegungen gradiert abgelagert wurden. Dass es Leben gab, bezeugen Spuren grabender Organismen. Die organischen Bestandteile wurden ausgewaschen und gelöst. Kalkschaler wird es nur wenige gegeben haben, da sich im kalten Wasser nur bedingt Kalk abscheiden kann, denn das Lösungsvermögen ist dort im Gegensatz zu warmen Wasser deutlich erhöht. Das kalte Wasser deutet man aus der Lage des Kontinents bei 60-70°s.B. Hier ist es kalt und windig. Die darauf folgenden dunklen Schiefer zeigen eine ruhige Tiefwasserfazies an, die durch den steigenden Meeresspiegel im mittleren Kambrium bedingt ist. Durch die euxinischen Verhältnisse wurde organischer Kohlenstoff nicht komplett abgebaut und so lagerte er sich im Ton an. Auch zu Grunde gesunkene Lebewesen, zum Beispiel Trilobitenreste sind erhalten geblieben, da der Meeresboden unbewohnbar war und somit kein Benthos Zersetzungen vornehmen konnte. In dem sogenannten „Alaunschiefer" des Oberkambriums finden sich auch dunkle Kalkkonkretionen, die linsenartig eingeschaltet sind.
Der Kontinent schob sich immer weiter nordwärts, und das Klima wurde wärmer. Die lebensfeindlichen Bedingungen auf dem Meeresboden besserten sich, was in einer immer helleren Farbe der Tonsteine erkenntlich wird. In den Regionen, die damals küstennah waren, kann man anhand des Orthocerenkalks einen Einblick in die reiche Fauna bekommen, die von Trilobiten, Cephalopoden und Brachiopoden in großer Anzahl erhalten blieben.
Die immer weiter fortschreitende Schließung des Iapetus- Ozeans und die damit immer geringer werdende Ausdehnung eines Tiefwasserbereiches spiegelt sich auch in den Sedimenten wieder. Die Tonschiefer werden geringer, der Kalkanteil erhöht sich und die weiten Flachwasserbereiche dienen als Grundstock für die im Silur einsetzende Riffbildung.
Im Silur hatte Baltica den Äquator erreicht, im Westen näherte sich stetig Laurentia.
Wie bereits erwähnt, kollidierten die beiden Kontinente im weiteren Verlauf und falteten hohe Gebirge auf.
Vorher jedoch überdeckte das Gebiet des heutigen Gotlands ein weit ausgedehntes Flachmeer, in dem sich viele Organismen, die auf pelagische Larvenstadien angewiesen waren, sehr erfolgreich ausbreiten konnten. Festes Land gab es auf einem schmalen Streifen im Westen und großflächig im Norden. Noch gab es keine Landpflanzen, und das tropische Klima führte so zu einer intensiven Verwitterung. Die küstennahen Gebiete, die heute den Gesteinsuntergrund Gotlands darstellen, waren geprägt von lichtdurchfluteten, flachen Wasserbereichen, wo die starken Wellenbewegungen den hohen Detritusanteil im Wasser abtransportieren konnten. Diese Gegend war ideal für die Ansiedlung sessiler, kalkabscheidender Organismen wie Korallen. Diese stehen heute in enger Symbiose mit Zooxanthellen, die auf Licht angewiesen sind, um Photosynthese zu betreiben. Die Korallen nutzen die zusätzliche Kalziumkarbonatquelle zum Aufbau ihrer Kelche. Die starken Wasserbewegungen dienen auch einer Sättigung mit Sauerstoff, so ist für das Plankton eine gute Lebensgrundlage geschaffen. Dieses wird von Filtrierern als Nahrung genutzt.
Dieser Hintergrund lässt nachvollziehen, warum sich über einen so langen Zeitraum derart intensive Riffgemeinschaften gebildet haben.

In Zeiten, in denen die Wasserbewegungen nachließen, erhöhte sich der detritische Anteil in den Ablagerungen, und typische Kalkmergel entstanden.
Gegen Ende des Silurs hatte sich der Iapetus geschlossen und eine deutliche Veränderung der Sedimente wird sichtbar. Weitläufig bildeten sich Sandsteine- ein deutliches Indiz einer Küste oder kontinentalen Inlands. Durch die tropische Lage wurde das neu entstandene Gebirge gleich einer intensiven Verwitterung unterzogen und über große Gebiete streckten sich Sandsteinlagen aus, die den typischen „Old Red- Kontinent" bilden, denn das in den Feldspäten eingeschlossene Eisen verwittert zu Fe(III)2+- Ionen, die eine typisch rostbraune Farbe haben. Dies passierte im Devon.
Da es keine Ablagerungen aus der Zeit des Karbons und Perms gibt, nimmt man an, dass die kontinentale Lage erhalten blieb, die nun im Superkontinent Pangäa vereint war. Das Gebiet von Gotland lag immer auf einer Hochlage, im benachbarten Schonen aber findet man die mesozoischen Ablagerungen bis ins Quartär dokumentiert.
Während des Quartärs wurde Gotland mit beeinflusst. Beim Abschmelzen der Weichselgletscher füllte sich die Ostseesenke, die keine Verbindung mit Weltmeeren hatte, mit diesem Wasser. Der Baltische Eissee entstand, der in komplexen Wechseln von Meereszugang und Abgrenzung stand und durch isostatische Hebung schließlich sein heutiges Brackwasser in Form der Ostsee hält.

Gotland war zum Zeitpunkt des Abschmelzens völlig vom Wasser des Eismeeres bedeckt, so dass Strömungen und Wellen die Oberfläche des Landes wuschen und von den Lockersedimenten befreiten. Vor 11500 Jahren stiegen die ersten Kalkrippen aus dem Wasser, und Gotland wurde im Zuge der Eismeerentleerung herausgehoben.
Die Gerölle der Moränen, die trotz alledem noch vorhanden waren, wurden durch große Sturmereignisse in Form von Wällen auf die Strände aufgeworfen. Sie sind noch heute sichtbar, da sich die Küstenlinie noch immer seewärts verlagert. Teilweise sind so parallele Strandwälle entstanden.
Reste von Moränen haben sich auch in den Gebieten des Kalkmergels erhalten, da dieser weniger verwitterungsresistent ist und geomorphologisch in Mulden in Erscheinung tritt.
Andere glazigene Erscheinungen wie Oser, Gletscherbachtäler und Gletschermühlen sind im harten Kalkstein ersichtlich.
Man kann nicht bestreiten, dass die Eiszeiten und nacheiszeitliche Verwitterungen wie Raukar oder Strandhöhlen die Gestalt der Insel geprägt haben.
Durch Regenwasser ausgelaugte Karsthöhlen sind auch auf Gotland erhalten und ziehen als Tropfsteingrotten heutzutage Touristen an.

So, wer alles bis hier hier gelesen und verstanden hat. Hut ab! Nicht zu fad gewesen? Prima, als Teaser für den Aufhänger des Ganzen hier ein Ausschnitt aus dem finalen Diorama:

Es lohnt sich also, dranzubleiben!

Autor: Anke Bebber· 26.04.11 · 21:43 Uhr· 2 Kommentare

Wie arbeitet ein Paläontologe? Oder: Ein Puzzelspiel mit Haizähnen.

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 11

Wie arbeitet ein Paläontologe? Wie gelangt man von einem Häufchen fossiler Haizähne zu einem konkreten Tier in einem klar definierten Lebensraum? All diesen Fragen soll im folgenden Artikel nachgegangen werden.

Das Puzzle beginnt im Dunkeln. Irgendwo in einer Sammlung, in einem Laborschrank in einer Holzschublade, in einer durchsichtigen Plastikdose auf einem genau passenden Papieretikett, liegen Zähne. Das Papier wurde vor hundert Jahren mit Feder und Tinte in geschwungenen Buchstaben beschriftet, kaum mehr leserlich.

"Scyliorhinidae indet." ist dort zu lesen. Die Bedeutung: Undefinierte Katzenhaie. Eine Mischung verschiedenster Formen, unterschiedlicher Erhaltungszustände, teils noch im umgebenden Gestein eingebettet.

Auf den Wissenschaftler warten nun verschiedene Arbeitsschrítte. Am Ende soll bestimmt sein, was an diesem Grabungspunkt vor hundert Jahren gefunden worden ist, und unter welchen Bedingungen welche Tiere wie gelebt haben.

Sammlungsstücke, die noch in (Kalk-)stein eingebettet sind, werden in sanftem Säurebad nach und nach ausgelöst. Sandsteine kann man mit Präparationsnadeln unter dem Binokular entfernen. Hat man ein gut ausgestattetes Präpationslabor, kann man natürlich auch mit Druckluft und Sandstrahl arbeiten.

Im Fall der zu erzählenden Geschichte fand sich jedoch ein kleines Grüppchen zusammengehörender, ca. 2mm langer Zähne, die keiner Präparation mehr nötig machten. Nach Vergleichen mit Fotografien und Beschreibungen war recht schnell klar, dass es sich um Katzenhaie handelte.

Die Familie der Scyliorhinidae bezeichnet die Gruppe der Katzenhaie. Diese zeichnet einschlanker Körperbau aus, der sie perfekt auf das Leben am Meeresboden anpasst. Alle rezenten Arten (bis auf eine Ausnahme- (Pentanchus profundicolus) besitzen zwei Finnen (Rückenflossen), wobei die erste im Unterschied zu allen anderen Familien erst auf Höhe der Bauchflossen beginnt, manchmal sogar erst etwas dahinter.

Namensgebend für diese kleinen Haie (um die 20 bis 170cm Körperlänge) ist die besondere Struktur des Auges, denn die längsgerichtete Pupille erinnert an die von Katzen. Die Nickhaut schließt das Auge von unten nach oben.

Viele moderne Arten haben eine auffällige Zeichnung. Flecken, Bänder, Sättel und unterschiedliche Jugendfärbungen machen die Tiere außerordentlich attraktiv.

Scyliorhinus canicula Foto:© Hans Hillewaert / CC-BY-SA-3.0

Durch ihre Größe und ihr minderaggressives Verhalten sind zum Beispiel der Korallen-Katzenhai (Atelomycterus marmoratus) oder der Kleingefleckte Katzenhai (Scyliorhinus canicula) beliebte Zootiere.

Was kann man von all dem nun auf Fossilien dieser Familie übertragen? Sicherlich nichts hinsichtlich Zeichnung, Färbung oder Verhalten. Was von Haien überliefert wird, sind vornehmlich Zähne. Mit spezieller Technik und viel Glück kann man auch hin und wieder Placoidschuppen untersuchen, aus denen die Haut besteht. Das spezielle Revolvergebiss setzt sich zusammen aus mehreren Schichten speziell umgebildeter Placoidschuppen, die letztlich in ihrer Funktion Zähne darstellen. Natürlich unterscheiden sie sich stark von herkömmlichen Wirbeltierzähnen. Wie die Schuppen der Haut sitzen auch die Zähne lose im Fleisch der Kiefer. Das führt dazu, dass sie schnell ausfallen, sofort ersetzt werden und somit immer scharf bleiben.

Als Laie mag man denken: "Was soll mir so ein Haufen kleiner, unterschiedlicher Zähne denn sagen?" Hier kann man ganz klar antworten: "Eine ganze Menge!" - als erstes kann man untersuchen, in welcher Häufigkeit die Zähne in welcher Art Sediment fossil vorliegen. Das gibt Rückschlüsse auf die Häufigkeit der Lebewesen im erhaltenen Biotop. Die Art des Gesteins sagt uns, welche Bedingungen herrschten. Egal ob strömungsarm, brackig, geröllhaltig oder bewachsenes Flachwasser- eine jede sogenannte Fazies hinterlässt ihr eindeutiges Bild im Gestein. In der Plastikschale der Sammlung fanden sich Reste eines feinen, sandigen Kalksteins.

Kommen Zähne einer Art in Massen vor, kann man davon ausgehen, dass diese Tiere zahlreich vorhanden waren. Natürlich besteht auch immer die Möglichkeit, dass nur wenige Tiere ungewöhnlich viele Zeitzeugen hinterlassen haben und andere Arten, die tatsächlich höhere Individuenzahlen hatten, aus unbekannten Gründen nicht überliefert wurden. Hier geht man aber nach dem Vorsatz vor: Was ist wahrscheinlicher? Und wenn es keine Anzeichen für besondere Umstände gibt, kann man direkt proportional annehmen, dass viele Zähne = viele Individuen aussagen.

Doch nicht nur die blanke Auszählung der Einzelzähne und die Gesteinsanalyse bringen wertvolle Daten. Die Zähne an sich sind voller wertvoller Informationen. Findet man in einer großen Menge recht einheitlicher Zähne drei Exemplare einer anderen Art, zum Beispiel der Spezies Scyliorhinus destombesi (CAPETTA 1977) - sagt dies zum Beispiel folgendes aus:

Die Art S. destombesi lebte zeitgleich mit der recht individuenstarken Art X in einem klar definierten Biotop. S. destombesi lebte in einer anderen Nische, mit einem wahrscheinlich anderen Verhalten als Art X. Scyliorhinus destombesi kann nicht so umfassend beschrieben werden wie Art X, da weniger Analysematerial vorliegt. Im konkreten Fall sind es 3 Zähne. Eine sehr gut erhaltene Krone, zwei weitere in Bruchstücken, aber mit erhaltener Wurzel.

Zahn 1 (hier in der Lingualansicht), die charakteristische Krone, wuchs relativ weit vorn, aber immer noch seitlich im Kiefer. Das erkennt man unter anderem am Verhältnis der Länge zur Höhe des Exemplars. Eine massive Hauptspitze und ausgeprägte Nebenspitzen bieten mehrere Bestimmungsmerkmale. Im konkreten Fall ist dies die Verschmelzung der Nebenzähne mit der Hauptspitze im basalen Bereich, die kräftige Schmelzstreifung, die Abflachung der Labialseite des Zahns (zur Lippe hin = labial) und der deutliche Überhang der Krone zur Wurzel. Ist eine solche vorhanden, kann man Haie sehr sicher bestimmen. Typische "Löcher", Furchen oder Formen sind einzigartig.

Zähne 2 und 3 wuchsen recht weit hinten, auch seitlich im Kiefer. Sie sind schmaler und spitzer als Zahn 1 (in der Abbildung als Labialansicht) und weisen Merkmale auf, die speziell bei anterioren Exemplaren vorhanden sein können- zum Beispiel der Verlust der typischen Struktur. (Phänomen der Ausglättung - MÜLLER, 1991)

Anhand dieser Merkmale kann der Paläontologe recht sicher eine Art bestimmen. Stößt man nun in der Oberkreide Sachsens auf Scyliorhinus destombesi und vergleicht diese Zahnstrukturen mit rezenten Katzenhaien, wird man sehr starke Übereinstimmungen finden. Nun kann man beginnen, weitere Rückschlüsse zu ziehen, indem man die Biologie der rezenten Arten den Strukturen der Fossilien gegenüberstellt.

Durch die Ähnlichkeit kann man auf ähnliche Körpergrößen schließen. Im konkreten Fall hatten die Zähne eine Höhe von knapp 2mm. Somit kann man für die Rekonstruktion des ausgestorbenen Tieres eine Körperlänge von etwas unter einen Meter annehmen, wenn man davon ausgeht, dass die gefundenen Zähne Adulttieren zugeordnet werden. Struktur und Aufbau zeigen, dass die Art der Nahrung sich nicht geändert hat. Rezente Katzenhaie ernähren sich von Wirbellosen und kleinen Fischen, die aktiv gejagt werden.

Katzenhaie findet man heute in Schelfgebieten bis in Tiefen um 2000m. Man kann sie somit in den Bereich von Normal- bis Schwellenfazies eingruppieren. Dies entspricht auch dem eingangs untersuchten Umgebungsgestein, welches als feiner sandiger Kalkstein angesprochen werden kann. Dies legt nahe, dass sich das Habitat, also bodennahe (benthische), langsame, meist nachtaktive und standorttreue Lebensweise, schon damals ausgeprägt hatte.

Die Wissenschaft der Paläontologie setzt sich, wie an diesem Beispiel dargelegt, daraus zusammen, aufmerksam zu beobachten, alle verfügbaren Daten zu sammeln, nichts zu verändern und am Ende Schlussfolgerungen zu ziehen. Wenn man es richtig macht, wird aus drei kleinen, unscheinbaren Zähnchen ein schlanker, langsamer, versteckt lebender Hai der Oberkreide, der auf Jagd ging und dabei Zähne verlor. Heute liegen sie säuberlichst beschriftet und in durchsichtige Plastikdosen sortiert, in einem Museum in Sachsen. Mit neuem, computerbedrucktem Etikett. Darauf wartend, dass in einhundert Jahren, mit neuen technischen Möglichkeiten noch viel mehr spannende Details erkundet werden können.

Interessiert an Fachliteratur dazu? Bitte sehr:

CAPETTA, H. 1977: "Observations sur quelques selachiens du cretace superieur d'angleterre avec la description d'un genre nouveau"

MÜLLER, A. & DIEDRICH, C. 1991: "Selachier (Pisces, Chondrichthyes) aus dem Cenomanium von Aschersloh am Teutoburger Wald (Nordrhein-Westphalen, NW-Deutschland)"

MEIER, A. 2004: "Selachier der Sächsischen Kreide"

Autor: Anke Bebber· 25.04.11 · 10:15 Uhr· 11 Kommentare

Wenn 4 kleine Steinchen eine lange Geschichte erzählen, ist Geologie so richtig cool.

Kategorie: Naturwissenschaften  ·  Kommentare: 37

Eine weite Reise haben die 4 kleinen Steinchen hinter sich, die an diesem Nachmittag in meinen Besitz übergegangen sind. Ausgehend von einer Frage: „Ich fliege nach Colorado Springs, kann ich dir etwas mitbringen?" und meiner Antwort: „Klar, ein paar Steinchen und Bilder dazu, wie es dort ausschaut." wurde die kleine Sammlung, die eine ganz schön lange Geschichte erzählt.

Sie beginnt vor ca. 1.6 Milliarden Jahren, als der Granit des Pikes Peak als Pluton im Untergrund des heutigen Colorado erstarrte. Im Verlauf der Zeit und der ersten Anhebungsperiode vor 300 Millionen Jahren wurde diese erstarrte Blase (Batholith) nach und nach freigelegt und von der Erosion angegriffen. Als vor 60 Millionen Jahren die Laramid-Orogenese begann, wurde das Massiv langsam durch das Abtauchen der Pazifischen unter der nordamerikanische Platte und einer damit verbundenen Aufwölbung der kontinentalen Kruste nach oben gehoben. Dann, vor ca. 10 Millionen Jahren, kam es zur letzten und bis heute andauernden Anhebung des Granits. Die absolute Höhe des Pikes Peak wird durch die fortschreitende Abtragung, vor allem durch Frostsprengung, konstant gehalten.

Das besondere am Granit von Pikes Peak sind die außergewöhnlich großen Kristalle roten Orthoklases. Die Variationen in der Farbe dieses Feldspates reichen bis hin zum deutlichen Pink. Dazu kommen Quarzkörner von Murmelgröße.

Die heute im „Garden of the Gods" anstehenden Gesteine sind Relikte dieser drei Anhebungsperioden. Die „Alten Rockies", die in der ersten Orogenese entstanden, wurden als grobkörnige Konglomerate in Sedimentationsbecken geschwemmt. Sie liegen heute als kompakte Lagen makrokristalliner Granitstückchen vor. („Fountain Formation")

Darüber schichten sich feine Sandsteine („Red and White Lyons"), die zeitlich direkt anschließen (Beginn vor ca. 280 Mill. Jahren). Sie sind gut sortiert äolisch abgelagert worden und unterscheiden sich durch ihre Farbe. Die weißen Schichten sind saubere Quarzsande. In den roten Sanden wurden Eisenminerale untergemengt, die durch das warme, trockene Klima entstanden. Sie dienen auch als Kleber, der die roten Bereiche fester zusammenhält. Man findet hier Schrägschichtung und Rippelmarken, die auf Dünenbildung hinweisen.

In einem anderen Teil des Geoparks sind mesozoische Sande und Kalksteine zu finden, die in Lagunen und im Schwemmbereich der Flüsse abgelagert wurden.

Im Paleogen schließlich wurden die ganzen Gesteinskomplexe um 90° gekippt und stehen nun aufrecht. Die leicht erosiv angreifbaren Pakete bilden heute für Touristen und Fotografen, nicht zuletzt durch den rot/weiß Kontrast, eine wunderbare Kulisse.

Die Proben, die mir mitgebracht wurden, repräsentieren die ersten beiden Formationen. Ich habe hier 2 Stücke des Konglomerates (Im Bild oben die 1 und 2) mit wunderbaren Kristallen, sowie einen roten (4) und einen weißen Sandstein (3) mit schon herausgewitterten Eisenmineralen (schwarze Punkte). So ist das in der Geologie. Aus einfachen, hübschen Mitbringseln werden Geschichten. Spannende, komplexe, wunderschöne. Geologie ist wirklich cool.

Autor: Anke Bebber· 20.04.11 · 10:30 Uhr· 37 Kommentare