Benutzer:Georg.Frch/Hunsrückschiefer
Der Hunsrückschiefer ist eine geologische Formation aus dem Devon.
Geographie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Hunsrückschiefer liegt im Hunsrück, dabei erstreckt er sich von Nordosten (Taunus) über den Rhein nach Bacharach nach Gemünden in Richtung Trier und endet schließlich südlich von Trier an der Mosel.
Ein Teil liegt außerdem noch westlich von Koblenz, nahe bei Mayen und Laubach.
Entdeckungsgeschichte und Abbau[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Hunsrückschiefer war über mehrere Jahrhunderte eine Quelle für die Herstellung von Dachschiefern im Rheinischen Schiefergebirge. Der Schiefer schon zur Römerzeit genutzt, wie zahlreiche Funde aus Westdeutschland belegen. Doch der erste dokumentierte Nachweis für den Abbau in dieser Gegend stammt aus dem 14. Jahrhundert (Bartels et al., 1998). Danach wurde die Gewinnung großflächig fortgesetzt und vor allem mit der Industriellen Revolution am Ende des 18. Jahrhunderts wurde die Produktion ausgeweitert. Der Schiefer wurde über den Rhein und die Mosel exportiert, doch in den Jahren 1846-49 geriet die Industrie in Krise, was Armut und Elend in die Abbaugebiete führte.
Der wirtschaftliche Aufschwung und ein neues Nationalgefühl im deutsch-französischen Krieg von 1870-71 führten zu einem erneuten Aufschwung der Schieferproduktion, in dessen Folge die größeren Gesellschaften ausgedehnte Gruben anlegten. Im frühen 20. Jahrhundert wurden tiefere Schächte abgeteuft, Eisenbahnen in Betrieb genommen und vermehrt moderne Technologien eingesetzt. Die Produktion ging bis in die 1960er-Jahre weiter, bis die Konkurrenz durch billigere synthetische bzw. importierte Dachschiefer zum Niedergang führte. In den 1990er-Jahren arbeitete nur noch die Grube in der Region Bundenbach (Grube Eschenbach-Blocksberg). Seit 1999 wurden aber auch dort vermehrt importierte Schiefer aus Spanien, Portugal, Argentinien und China verarbeitet und der Abbau der örtlichen Gesteine aufgegeben.
Der Abbau der Hunsrückschiefer war wichtig für die Entdeckung von Fossilien. Allerding kann man nur Fossilien finden, wenn man viel Schieferplatten bearbeitet, obwohl sie nicht selten sind. Viele der feinen Fossilien, die heute in Museen ausgestellt werden, wurden ursprünglich von den Schieferspaltern geborgen. Die erste wissenschaftliche Veröffentlichung über diese Fossilien stammt von Roemer (1862), der Asteroiden (Seesterne) und Crinoiden (Seelilien) aus der Region Bundenbach beschrieb und abbildete. Deutsche Paläontologen wie R. Opitz (1890-1940), F. Broili (1874-1946), [Rudolf Richter (Geowissenschaftler)|R. Richter]] (1881–1957) und W. M. Lehmann (1880-1959) untersuchten zwischen den 1920er- und und 1950er-Jahren sehr viele Fossilien. Doch Lehmanns Tod und der Niedergang der Schieferindustrie leiteten den Rückgang der Forschung ein.
Am Ende der 1960er-Jahre kombinierte Wilhelm Stürmer, ein Chemophysiker und Radiologe bei Siemens, seine technischen Fähigkeiten mit dem Interesse für Paläontologie und entwickelte eine neue Methode, um die Fossilien des Hunsrückschiefers mittel Röntgenstrahlen zu untersuchen (Stürmer, 1970). Seine Röntgenaufnahmen von unpräparierten Schiefern, die er mit weichen Röntgenstrahlen (25-40 kV) auf hoch auflösenden Filmen machte und zu stereoskopischen Darstellungen bearbeitete, zeigen komplexe Einzelheiten von Weichteilen, die mit konventionellen Methoden nicht sichtbar gemacht werden können. In den 1990er-Jahren haben Christoph Bartels und Günther Bartels die arbeit fortgesetzt. Bartels et al. (1998) haben außerdem eine umfassende Bibliografie der Forschungsgeschichte zusammengestellt.
Stratigraphischer Rahmen und Taphonomie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Hunsrückschiefer ist eine underdevonische Abfolge von tonigen marinen Sedimenten, die durch niedriggradige Metamorphose in Schiefer umgewandelt worden sind. Die Abfolge sollte eher als Fazies, denn als stratigraphische Einheit verstanden werden, da die Tone diachron, d. h. an verschiedenen Orten nicht zeitgleich, abgelagert worden sind. Die Ablagerung begann im Nordwesten und schritt dann nach Südosten voran. Daher reicht das Alter der Schiefer vom späten Pragium bis in das frühe Ems, vor etwa 390 Millionen Jahren. Der Schiefer tritt im Hunsrück in einem etwa 150 km langen Gürtel zutage und bedeckt eine Fläche von 400 km².
Der Schlamm wurde in einem schmalen, nordost-südwest-verlaufenden küstenfernen Meeresbecken abgelagert, das zwischen dem kurz zuvor herausgehobenen Old-Red-Kontinent im Norden und der Mitteldeutschen Schwelle im Süden lag. Nach der Heraushebung, gegen Ende der spätsilurischen bis frühdevonischen Kaledonischen Gebirgsbildung, gelangten große Schlamm- und Sandmassen in die Flüsse und wurden nach Süden transportiert. Feinere Sedimentanteile wurden in Suspension befördert und vor der Küste im zentralen Hunsrück-Becken abgelagert. Die Mächtigkeit des Hunsrückschiefers wird auf 3750 Meter geschätzt (Dittmar, 1996), aber die Dachschiefer-Abfolge in der Gegend um Bundenbach und Gemünden ist etwas weniger als 1000 Meter mächtig.
Die Lebensbedingungen der Hunsrückschiefer-Fauna wurden erst in den 2000er-Jahre detailliert untersucht. Die Anwesenheit von Rotalgen, die Photosynthese treiben, und die gut entwickelten Augen mancher Fische und Arthropoden (Stürmer & Bergström, 1973; Briggs & Bartels, 2001) deuten darauf hin, dass diese Gemeinschaft in der photischen Zone lebte, also weniger als 200 Meter unter dem Meeresspiegel (Bartels et al., 1998). Die Sedimetationsrate wurde auf 2 Millimeter im Durchschnitt pro Jahr geschätzt, doch Brett und Seilacher (1991) nahmen an, dass zeitweise eine raschere Sedimetation stattfand. Auslöser waren tropische Stürme, die die Ablagerungen der flachen Gewässer aufwirbelten und mit Sediment beladene Trübeströme in tiefere Bereiche transportierten. Tiere, die auf dem schlammigen Meeresboden lebten, wurden begraben, was eine große Zahl von benthischen, d. h. bodenbewohnenden, Organismen erklärt.
Frühere Autoren, wie Koenigswald, 1930, dachten, dass diese Trübeströme die Gemeinschaften von ihrem ursprünglichen Lebensraum in eine lebensfeindliche, aber für die Erhaltung günstige Umgebung transportiert hätten, genau wie man es im Burgess Shale annimmt. Doch beweisen in situ erhaltene Wurzelstrukturen von Crinoiden und Arthropodenspuren, die während der Ablagerung entstanden sind, dass die Fauna des Hunsrückschiefers dort lebte, wo es fossilisiert wurde, und dass sie in Lebendstellung begraben wurden (Sutcliffe et al., 1999).
Die Bodenwässer waren gut durchlüftet. Sie erlaubten die Entwicklung einer benthischen Lebensgemeinschaft, einschließlich einer reichen im Boden lebenden Fauna, was verschiedene Spurenfossilien belegen. Die Erhaltung von weichem Gewebe ist nur möglich, wenn es nach der Einbettung nicht von wühlenden Organismen zerstört wird. Das Sediment muss also rasch anoxisch, also sauerstofffrei, und lebensfeindlich geworden sein, um sowohl Benthos sowie Aasfresser fernzuhalten. Verschüttungsereignisse hatten jedoch nur eine begrenzte seitlich Ausdehnung, vielleicht wenige hundert Quadratmeter (Bartels et al., 1998), und andere Lebensgemeinschaften konnten in direkter Nachbarschaft überleben.
Bemerkenswert ist die Erhaltung der Fossilien im Hunsrückschiefer, denn sowohl das mineralisierte Skelett als auch unmineralisiertes weiches Gewebe durch Pyritisierung wurden überliefert, außerdem sind zerbrechliche und leicht zerfallende Skelette, beispielsweise von Echinodermen, häufig als vollständige und zusammenhängende Individuen erhalten. Innerhalb der Hunsrückschiefer-Abfolge ist die Weichteilerhaltung auf vier begrenzte Horizonte in der Gegend von Bundenbach und Gemünden beschränkt. Anderswo enthält die Abfolge dieselben Taxa, dort jedoch nur als Bruchstücke oder zusammenhangslose Hartteile. Die Bedingungen für eine rasche Pyritisierung haben also nur für kurze Zeitspannen innerhalb begrenzter Gebiete existiert.
Die Pyritisierung von Weichteilen ist selten. Briggs et al. (1996) konnten zeigen, dass Pyritisierung nur unter besonderen sedimentchemischen Bedingungen stattfindet, nämlich bei einem niedrigen Gehalt an organischer Substanz und einer hohen Konzentration an gelösten Eisen. Wird ein Kadaver in einem solchen Sediment begraben, zersetzen Sulfat reduzierende anaerobe Bakterien seine organische Substanz und setzen Sulfid frei. Dieses reagiert mit dem in hoher Konzentration im Sediment mit dem vorhandenen Eisen zu Eisensulfid, das wiederum von aeroben Bakterien zu Pyrit oxidiert wird. Ist der organische Anteil im Sediment zu hoch, wird das Eisen überall im Sediment und nicht im Kadaver ausgefällt.
Der Pyrit, der die Weichteile der Fossilien im Hunsrückschiefer ersetzt hat, hat sich also während der Zersetzung der Gewebes gebildet. Unglücklicherweise bleiben keine Mikrostrukturen erhalten, wie es der Fall ist, wenn Gewebe durch Calciumphosphat ersetzt wird. Die Fossilien sind normalerweise komprimiert, doch der Pyrit hat etwas Relief erhalten, was sonst in feineren Ablagerungen, wie etwa dem Burgess Shale, nicht üblich ist. Allison (1990) konnte zeigen, dass für die Bildung von Pyrit zu Beginn reduzierende Bedingungen, in späteren Phasen aber Oxidation nötig sind. Diese findet in den oberen Sedimentlagen, nahe der Grenzschicht von aerob zu anaerob, statt.
Fauna und Flora[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Fauna[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Fauna vom Hunsrückschiefer ist von zahlreichen Tieren besiedelt worden, aber die Wirbeltiere wurden nur von Fischen vertreten. Von den Wirbellosen sind vor allem durch den Echinodermen, den Arthropoden und den Anneliden vertreten.
Fische[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Der Hunsrückschiefer liefert eine Vielfalt von Fischen im Devon; vier der fünf Hauptgruppen kommen vor. Die Chondrichthyer, die sich noch nicht entwickelt haben, fehlen. Die meisten Fische sind Agnathen und Placodermen.
Die Kieferlosen (Agnathen) werden von Drepanaspis, der relativ häufig ist, und von Pteraspis vertreten. Der flache Kopf von Drepanaspis beweist, dass er, ähnlich wie eine Flunder, am Boden lebte.
Die Placodermen werden von verschieden Gattungen vertreten, darunter Gemuendina und Lunaspis, sind aber seltener. Gemuendina ähnelte in seiner Form einen modernen Rochen und war Bodenbewohner. Einige Individuen von dieser Gattung wurden bis zu einen Meter lang.
Von den Acanthodiern kennt man Fossilie Stacheln, die bis zu 40 cm lang sind und in der Eifel häufig vorkommen.
Ein einzelner Sarcopterygier ist der älteste Nachweis eines Lungenfisches.
Echinodermen[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Seesterne sind die wohl häufigsten Fossilien im Hunsrückschiefer. Sie sind meistens vollständig, mit der weichen Haut zwischen den Armen, erhalten. Die Asteroiden (echte Seesterne) sind von 14 Gattungen vertreten, dabei haben die meisten fünf Arme, doch andere Gattungen, wie Palaeosolaster, haben über 20 Arme. Einer der größten Asteroiden war Helianthaster, mit 16 Armen, die bis zu 20 cm Länge erreichen konnten. Ophiuren (Schlangensterne) sind auch mit 14 Gattungen vertreten, sind manchmal aber sehr zahlreich, wie zum Beispiel Furcaster und Encrinaster.
Crinoiden (Seelilien) sind auch häufig, doch Echiniden, Blastoiden, Cystoiden und Holothuroien (Seegurken) sind selten. Fast alle der 65 Crinoidenarten waren mit einen Substrat verbunden (sessil) und meisten vollständig erhalten.
Anneliden und Arthropoden[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die ploychaeten Ringelwürmer, wie z. B. Bundenbachochaeta, schließen die Lücke zwischen denen des Burgess Shale und dem Mazon Creek. Die sehr weichen Tiere sind aber selten erhalten.
Arthropoden sind dagegen spektakulär und zeigen Weichteile, wie Gliedmaßen und innere Organe, die so erhalten geblieben sind. Alle der drei aquatischen Hauptgruppen, das sind die Trilobiten, die Crustaceen und die Cheliceraten, kommen vor. Daneben gibt es rätselhafte Tiere, wie Mimetaster, mit einen „Rückenschild“, dass sternförmig ist, und Vachonisia mit einer Schale, als wäre sie von einem großen Brachiopoden (Stürmer & Bergström, 1976).
Trilobiten sind zahlreich und die dominierende Ordnung sind die Phacopiden, darunter auch Chotecops.
Krebstiere sind seltener, wobei der häufigste Vertreter dieser Ordnung ist Nahecaris ist.
Zu den Cheliceraten gehörten seltene Xiphosuren, Eurypteriden, Skorpione und Seespinnen, dabei werden die Seespinnen durch die Gattung Palaeoisopus, mit einer Spannweite von 40 cm, vertreten.
Andere Invertebraten[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Es kommen noch viele andere Invertebraten vor, dabei erlangte keiner eine besondere Dominanz. Kieselschwämme sind auf 2 Gattungen begrenzt, dabei sind die Cnidaria, also Nesseltiere vielfältiger. Die Nesseltiere umfassen die Segelquallen, Einzelkorallen, darunter auch die im Devon verbreitete Formen, wie z. B. Zaphrentis, koloniebildende tabulante Korallen, darunter Pleurodictyum und Aulopora, Conularien und Ctenophoren.
Mollusken werden von Schnecken, Muscheln und Kopffüßern vertreten.
Brachiopoden, bei einigen Fossilien sind weiche Stielmuskeln erhalten, (Südkamp, 1997) und Bryozoen sind auch relativ häufig.
Flora[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Die Kalkalge Receptadculites ist die einzige erhaltende Meerespflanze. Es gibt auch Reste von Land bewohnenden Gefäßpflanzen, die ins Meer gespült worden sind.
Spurenfossilien[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Spurenfossilien sind durch Koprolithen von Fischen, auf den Sediment Spuren von Arthropoden, Schlangensternen und von Fischen und unter anderen im Sediment Spuren von Bivalven, Echinodermen und Polychaeten und Wohnbauten (Sutcliffe, 1999).
Paläoökologie[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Im Hunsrückschiefer gab es eine benthisch-marine Fauna, bei der die Lebewesen im, auf oder direkt oberhalb des schlammigen Meeresboden in einem offenen Becken lebten. Die Bodenwässer waren sauerstoffreich und Strömungen ausgesetzt, und die Anwesenheit von Photosynthese treibenden Algen beweist, dass die Lebewesen oberhalb von 200 Metern lebten.
Es gibt keine statische Analyse der Hunsrückschiefer-Fauna, doch von den 400 beschriebenen Makrofossilien waren die meisten definitiv benthisch. Ein kleiner Teil lebte sogar infaunal, das heißt im Sediment selbst. Dies belegen pyritisierte Bauten, wie etwa Chondrites, und Spuren von infaunalen „Sedimentfresser“, wie dem Ringelwurm Bundenbachochaeta und einigen Muscheln und Stachelhäuter.
Die meisten Tiere lebten benthisch-epifaunal, also auf der Sedimentoberfläche. Die sessile wurde beherrscht von Seelilien, dazu kamen noch Schwämme, Korallen, Brachiopoden, Bryozoen und die Mehrheit der Muscheln. Die bewegliche Epifauna, die sich über dem Meeresboden bewegte, wurde von See- und Schlangensternen und Arthropoden dominiert, Gastropoden aber waren seltener.
Tiere, die höher im Wasser lebten, konnten den Schlammströmen entkommen, doch Tiere die am Meeresboden schwammen sind durch Agnathen und placodermen Fischen vertreten, wie Drepanaspis undGemuendina. Zu den planktonischen, das heißt im Wasser treibende Organismen waren unter anderem Segel- und Rippenquallen. Dagegen waren orthocone Cepalopoden, Goniatiten, acanthonische Fische und Placodermen aktive Schwimmer.
Die Ernährungsweisen waren unterschiedlich: Lebewesen die ihre Nahrung heraus filtern, das sind vor allem Crinoiden und Schwämme; Sedimentfresser, darunter sind Gastropoden, Polychaeten, einige Arthropoden wie Mimetaster und Vachonisia. Andere Arthropoden waren entweder Aasfresser oder Räuber. Die wichtigsten Räuber waren vor allem die orthoconen Nautiloideen, die haiähnlichen Acanthodier und Placodermen. Die Nesseltiere haben mit ihren Tentakel kleine Organismen gefangen.
Literatur[Bearbeiten | Quelltext bearbeiten]
Paul Selden, John Nudds: Fenster zur Evolution: Berühmte Fossilfundstellen der Welt, Elsevier Spektrum Akademischer Verlag, München 2007, ISBN 978-3-8274-1771-8