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Die Plattentektonik im Erdaltertum

Kontinente und Fossilien in Bewegung

Carolinites genacinacaDas Auffinden gleichartiger Fossilien in heute völlig unterschiedlichen Gegenden der Welt war lange Zeit ein Rätsel für die Paläontologen. So finden sich beispielsweise fossilierte Panzer des epipelagischen Trilobiten Carolinites genacinaca ROSS, 1951 aus dem Unteren Ordovizium in sedimentären Ablagerungen nicht nur in Nordaustralien und dem Westen der Vereinigten Staaten, sondern gleichermaßen in der Arktis, Ostsibirien und im Südosten von China.

Betrachtet man sich diese Punkte auf einer Karte der modernen Welt, so stellt man fest, daß sie geographisch weit auseinanderliegen und zudem in den unterschiedlichsten Breiten angesiedelt sind. Auch andere Trilobiten aus voneinander so entfernten Gegenden wie dem Anti-Atlas-Gebirge in Marokko und dem Staat Oklahoma in den USA zeigen eine wirklich erstaunliche Ähnlichkeit (z. B. Odontochile/Huntonia). Was kann diese augenfälligen morphologischen Ähnlichkeiten erklären? Und wie lautet die Lösung für das Rätsel um Carolinites genacinaca?

Heutige Fundpunkte von CarolinitesDiesem Rätsel kam zuerst der deutsche Forscher Alfred Wegener (1880-1930) auf die Spur. Wegener war zwar nicht der erste, dem der ähnliche Verlauf der afrikanischen West- und der südamerikanischen Ostküste auffiel, es gelang ihm jedoch, seine Theorie von sich bewegenden Erdplatten auch durch geologische Untersuchungen zu untermauern. Und das Muster in der Verteilung von Trilobitenfossilien auf den heutigen Kontinenten ist zwar auf den ersten Blick erstaunlich, aber nur so lange als man die Kontinentalverschiebung außer acht läßt.

Allerdings wußte Wegener noch nichts von den Konvektionsströmungen im heißen Inneren des Planeten und führte die Bewegungen der Erdplatten auf Zentrifugal- und Gezeitenkräfte zurück, von denen wir heute allerdings wissen, daß sie dafür viel zu schwach sind. Seine Theorie war daher auch zu seinen Lebzeiten immer umstritten und geriet nach seinem Ableben bald in Vergessenheit. Nach dem Zweiten Weltkrieg bestätigten jedoch weitere Untersuchungen seine Annahmen und seit den siebziger Jahren des zwanzigsten Jahrhunderts ist die Plattentektonik in der Wissenschaft allgemein anerkannt.

Alfred WegenerAuf dieser Seite erzählen wir etwas über die Entdeckung der Kontinentalverschiebung und das Aussehen der Erde während der Zeit der Trilobitenherrschaft anhand paläogeographischer Karten, die dem PALEOMAP Projekt von C. R. Scotese und der Webseite von Dr. Sam Gon entliehen sind. Sie beruhen auf Erkenntnissen des Paläomagnetismus, linearer magnetischer Anomalien, der Paläobiogeographie und anderer Forschungsgebiete und bieten zumindest gute Anhaltspunkte dafür, wie der Planet während dieser Zeitspanne ausgesehen haben mag.

In seinem 1915 veröffentlichten Buch "Die Entstehung der Kontinente und Ozeane" schloß Alfred Wegener aus der Paßgenauigkeit der Küstenlinien von Südamerika und Afrika, daß diese Kontinente Teile eines ehemals weitaus größeren Kontinents gewesen sein müssen, der irgendwann in der erdgeschichtlichen Vergangenheit auseinander gebrochen ist. Die Paßgenauigkeit wird noch deutlicher, wenn man nicht die Küstenlinien, sondern die Schelfbereiche, also die unter Wasser liegenden Teile eines Kontinents betrachtet, die zugleich den bevorzugten Aufenthaltsort unserer Trilobiten darstellen. ;-)

Kontinente im OrdoviziumAnhand solcher Auffälligkeiten rekonstruierte Wegener einen urzeitlichen Superkontinent, den er Pangäa ("ganze Erde") nannte, der nicht nur die Südkontinente, sondern alle bekannten Kontinentalmassen umfaßte. Nach seiner Theorie sollten die spezifisch leichteren Kontinente, deren Masse vorwiegend aus Silizium und Aluminium, den charakteristischen Elementen des Granits besteht, auf dem dichteren Untergrund "schwimmen", in dem Silizium und Magnesium, die vorherrschenden Elemente im Basalt, den Hauptanteil bildeten, etwa in der Art wie ein Eisberg durch sein spezifisch leichteres Gewicht im Wasser auftreibt.

Als mögliche Kraft, die die Kontinente zerbrechen und auseinander treiben ließ, erwog Wegener verschiedene astronomisch begründete Kräfte: z. B. die Abbremsung der Erdrotation durch die Gezeitenreibung des Mondes, oder Kräfte, die aus der Lageänderung der Erdachse resultierten.

Die als "Polflucht" bezeichnete Fliehkraft, die durch die Erdrotation erzeugt wird, sollte die Kontinentalmassen langsam in Richtung auf den Äquator zubewegen. Aber Wegener war sich im Grunde bereits damals darüber im klaren, daß diese Kräfte letztlich nicht ausreichen, um die Drift der Kontinente zu erklären. Gerade deshalb wurde Wegeners Theorie zu seinen Lebzeiten von den meisten Geowissenschaftlern rigoros abgelehnt.

Verlauf der heutigen PlattenDiese Ablehnung ließ man erst ab etwa 1960 fallen, als man zu grundlegend neuen Erkenntnissen über die Geologie der Ozeanböden gelangte. Man erkannte, daß z. B. der Mittelozeanische Rücken vulkanisch aktiv ist, und daß dort an langen Bruchspalten regelmäßig große Mengen an basaltischer Lava austreten, meist in Form von Kissenlava. Bei paläomagnetischen Messungen dieser Basalte entdeckte man, daß die wiederholte Umpolung des Erdmagnetfelds im Laufe der Erdgeschichte ein genau spiegelsymmetrisches "Streifenmuster" auf beiden Seiten des Mittelatlantischen Rückens erzeugt hat. Außerdem erkannte man, daß die Sedimentgesteine, die die Tiefseeböden bedecken, in größerer Entfernung vom Mittelozeanischen Rücken auch immer mächtiger und älter werden.

Die nachvollziehbarste und auch einleuchtendste Erklärung für diese Beobachtungen war, daß die basaltischen Magmaströme, die ständig an den mittelozeanischen Bruchzonen austreten und erstarren, den Ozeanboden in entgegengesetzte Richtungen auseinander drücken, so daß er sich im Laufe der Zeit immer weiter ausdehnt (Spreizung des Meeresbodens).

Es gab und gibt aber bis heute keine eindeutigen Anzeichen oder Belege dafür, daß sich der Radius der Erde im Laufe ihres Bestehens durch diese nachdrängenden Gesteinsmassen nachweisbar vergrößert hätte, wie es in der alten Ausdehnungstheorie angedacht wurde. Dies legte die Schlußfolgerung nahe, daß die neu gebildete ozeanische Kruste an anderer Stelle wieder vernichtet werden muß. Ein wichtiger Hinweis darauf ist, daß man bis heute keinen Ozeanboden entdeckt hat, der älter als 200 Millionen Jahre ist.

Kontinente im DevonTatsächlich ist die Hälfte aller bislang erforschten Meeresböden nicht einmal älter als 65 Millionen Jahre. Damit sind die alten, auf Unveränderlichkeit bestehenden Vorstellungen widerlegt, nach der die Ozeane urzeitliche Einsturzbecken seien, die sich, wie die Kontinente, schon bald nach Formung der ersten festen Kruste um den noch jungen, glühenden Planeten gebildet hätten.

Als Recycling-Orte der ozeanischen Kruste wurden in den siebziger Jahren die Abgründe der Tiefsee-Gräben ausgemacht, die besonders den Pazifischen Ozean umgeben. Wegen ihrer starken seismischen und vulkanischen Aktivität wird diese Zone auch als "Pazifischer Feuerring" bezeichnet. Geophysikalische Messungen offenbarten dort schräg geneigte seismische Reibungsflächen, an denen die offensichtlich schwerere ozeanische Kruste unter die leichtere kontinentale (oder andere ozeanische) Kruste geschoben wird und wieder in den Erdmantel absinkt, wo sie in der Glut des Feuers aufgeschmolzen wird.

Typisch für diese Zonen sind die enormen Seebeben, deren Epizentren in Tiefen von 320 bis 720 km liegen können. Diese mächtigen Beben , die auch für den katastrophalen Tsunami an Weihnachten 2004 verantwortlich sind, der über 200.000 Menschen das Leben kostete, werden mit der starken Reibung zwischen den absinkenden Platten und dem umgebenden Gestein erklärt, die schließlich zum Zerbrechen und Aufschmelzen der abtauchenden Platte führt.

Als Untergrund, auf dem sich die Kruste seitlich verschieben kann, gilt eine rund 300 km mächtige Zone, Asthenosphäre genannt, in der sich seismische Verdichtungswellen, auch P-Wellen genannt, nur langsam ausbreiten. Dies wird mit der Existenz von teilweise aufgeschmolzenem, fließfähigen Gesteinspaketen unterhalb der starren, 70-120 km mächtigen Erdkruste erklärt.

Prinzip der SpreizungDie neuen Methoden der Erdvermessung mit Hilfe von Satelliten und die mit höchster räumlicher Auflösung und Positionsgenauigkeit durchgeführten Messungen der Radioastronomie liefern nun endlich einen direkten Nachweis der Kontinentaldrift. Die Geschwindigkeit, mit der sich die Ozeanböden ausdehnen beträgt durchschnittlich einige Zentimeter im Jahr, sie variiert aber zwischen den einzelnen Ozeanen. Die vermessungstechnisch ermittelten Driftraten zwischen den großen Platten liegen zwischen 2 und 20 cm pro Jahr.

Damalige Lage der FundpunkteZusammenfassend lässt sich sagen, daß Alfred Wegener schon 1915 postulierte, daß die verhältnismäßig leichten, granitischen Gesteine der kontinentalen Kruste wie Keile auf die dichteren, zähflüssigeren Basalte der ozeanische Kruste wirken und beide zusammen mit dem oberen Erdmantel als Platten auf der Asthenosphäre 'schwimmen'. Doch erst um 1970 fanden sich die Befunde der einzelnen Geowissenschaften zusammen, und das Plattentektonik-Modell konnte die älteren Theorien zur Gebirgsbildung und zur Struktur der Erdoberfläche ablösen.

Und dies ist auch die Lösung für das Rätsel um den epipelagischen Trilobiten Carolinites genacinaca aus dem Unteren Ordovizium und auch für die verblüffende Ähnlichkeit zwischen marokkanischen und amerikanischen Trilobiten: Schaut man sich die Lage der Kontinente im Ordovizium an, so stellt man fest, daß die anfangs genannten Fundorte sich sämtlich in tropischen Bereichen nahe des damaligen Äquators befanden. Über 400 Millionen Jahre hinweg bewegten sich die fossilierten Überreste von Carolinites teils unter, teils über Wasser bis zu ihren heutigen Lagerstätten. Und weil sie so unglaublich alt sind, geben sie Zeugnis von den unermeßlichen Kräften im Inneren der Erde.

Die Bedeutung der Trilobiten in der Paläobiogeographie muß damit noch einmal hervorgehoben werden. Wie die Überreste anderer Lebensformen auch, bilden die Fossilien dieser frühen Arthropoden und ihre heutige geographische Verteilung einen starken Strang im Stahlseil, daß die Evolutionstheorie trägt, nicht nur in biologischer sondern auch in erdgeschichtlicher Sicht - "Panta rhei!"

Line drawings of Carolinites and tectonic maps © Dr. Sam Gon III (www.trilobites.info)
Plate tectonic maps and Continental drift animations © by C. R. Scotese,
PALEOMAP Project (www.scotese.com)

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Letzte Aktualisierung: Freitag, 26.03.2010 20:50