Zu Beginn des Perms brach bei Chemnitz ein Vulkan aus und begrub den Wald der Region unter Schutt und Asche. Ein Glücksfall für Geologinnen und Geologen, denn die Bäume sind deshalb bestens konserviert
©Senckenberg

Geowissenschaften Als Chemnitz am Äquator lag

Unter der Stadt in Sachsen stießen Forschende auf einen fossilen Wald aus der Zeit des Perms, konserviert unter meterdicker Vulkanasche. Er gibt Einblicke in das tropische Leben der Region vor 291 Millionen Jahren – sogar von der Aktivität der Sonne in jener Zeit

von Dr. Ludwig Luthardt

Riesige Farne und 20 Meter hohe Schachtelhalme bedecken das Land. Leguan­ähnliche Kreaturen huschen durch die Baum­kronen,­ unter denen sich die schwül­warme Luft des ­Waldes staut, ein zwei Meter langer Tausend­füßer rasselt geräusch­voll durchs Unter­holz. Ab und zu trägt der Wind feine Asche­wolken ­eines nahen Vulkans heran. Willkommen in der Welt des Perms. So oder so ähnlich hätte man die Gegend um Chemnitz erlebt, wenn man sie vor rund 291 Millionen Jahren besucht hätte.

Heute liegen die Über­reste dieser Welt unter Straßen, Häusern und Plätzen – konserviert infolge eines verheerenden Vulkan­aus­bruchs, der das tropische Paradies in kurzer Zeit mit Asche bedeckte. Ganz ähnlich wie Pompeji, die antike Stadt am Fuße des Vesuvs, die im Jahr 79 n. Chr. samt ihrer Einwohner inner­halb von Stunden unter meter­hohen Asche­schichten lebendig begraben wurde. Eine tragische Katastrophe, die es heutigen Archäologen erlaubt, das Leben in der einst florierenden Siedlung bis ins kleinste Detail rekonstruieren zu können. Kein Wunder also, wenn Chemnitz für Paläontologen das „Pompeji des Perms“ ist.

Erforscht wird der Versteinerte Wald schon seit mehr als 250 Jahren. Doch erst seit zehn Jahren wird er mit Unter­stützung der VolkswagenStiftung, des Europäischen Fonds für Regionale Entwicklung (EFRE) und der Deutschen Forschungs­gemein­schaft (DFG) unter wissen­schaftlicher Leitung des Chemnitzer Museums für Natur­kunde aus­gegraben.

Die versteinerten Baumstämme sind so gut erhalten, dass Ludwig Luthardt anhand der Baumringe sogar den 11-jährigen Zyklus der Sonnenaktivität nachvollziehen konnte
©Grabungsteam Chemnitz
Die versteinerten Baumstämme sind so gut erhalten, dass Ludwig Luthardt anhand der Baumringe sogar den 11-jährigen Zyklus der Sonnenaktivität nachvollziehen konnte

Es begann mit einer sechs Meter tiefen Grube so groß wie ein Basket­ball­feld, die den Blick freigab auf mehr als fünfzig versteinerte Baum­stämme, noch aufrecht an ihrem einstigen Wuchs­ort stehend und mit ihren Wurzeln verankert im ehe­maligen Wald­boden. So, als hätten die Zerfalls­gesetze der Zeit hier kaum ihre Wirkung entfalten können. Hunderte Kisten voller Fossilien wurden damals geborgen. Sie sind Puzzle­teile eines nahezu voll­ständig erhaltenen Ökosystems. Neben den Über­resten unzähliger Pflanzen fanden sich auch versteinerte Schnecken, Skorpione, Spinnen, Tausend­füßer, merk­würdige Amphibien und Synapsiden, reptilien­artige frühe ­Vor­fahren der heutigen Säuge­tiere, die in den Bäumen lebten. Wer sich mit diesen Zeugnissen der Vergangen­heit beschäftigt, kann viel erfahren – über die Lebens­weise der Pflanzen und Tiere, die Klima­­verhältnisse jener Zeit, die Bedeutung des Waldes in der Land­schaft und was ihn von den heutigen Wäldern unter­scheidet.

Eine zentrale Rolle spielte hierbei der ehemalige Wald­boden. Als Produkt der klima­gesteuerten Verwitterung enthält dieser Paläo­boden wertvolle Informationen zu den einst herrschenden Umwelt­bedingungen. Diese sind beispiels­weise in Karbonaten und Eisen­oxiden gespeichert, die während der Boden­bildung entstanden und Auskunft über jahres­zeitliche Schwankungen von Nieder­schlägen oder Temperaturen geben. So gelang der Nachweis eines saisonalen Klimas, in dem sich jährliche ­Trocken- und Regen­zeiten abwechselten, ähnlich wie in den heutigen Subtropen. Tatsächlich lag Chemnitz damals unweit des Äquators.

Weiterhin zeigte der Paläoboden Färbungen und Strukturen, die auf einen hohen Grund­wasser­spiegel hinweisen. So lässt sich erklären, warum die tropischen Baum­farne, Schachtel­halme und Ahnen der heutigen Nadel­bäume die Trocken­zeiten über­stehen konnten. Der Wald war in der ansonsten eher ­kargen, steppen­ähnlichen Land­schaft im permischen Mittel­europa also wie eine satt­grüne Insel des ­Lebens. Er gedieh an einem günstigen Standort.

Die Verteilung von Natrium, Kalium, Kalzium und Aluminium lässt sogar Rück­schlüsse auf die Nieder­­schlags­mengen zu. Demnach fielen in Chemnitz vor 291 Millionen Jahren bis zu 1100 Milli­meter Regen pro Jahr (heute sind es etwa 750 Millimeter). Zu Beginn des Perms waren die Nieder­schlags­raten also mit denen in heutigen sub­tropischen Regionen Afrikas vergleichbar.

Als besonders wertvoll erwiesen sich auch die ­„Kiesel­hölzer“, die die Menschen schon im 18. Jahr­hundert begeisterten. Sie sehen noch immer aus wie Holz, sind aber steinhart. Als ­„Lau­nen der Natur“ wurden sie zu Schmuck ver­arbeitet. Uns lieferten sie unter dem Mikroskop Einblicke in die bis ins Detail erhaltenen zellulären Strukturen. Auf diese Weise konnten wir anhand der Jahres­­ringe den jahres­zeitlichen Wechsel von Trocken- und Regen­zeiten nach­voll­ziehen.

Zur Dechiffrierung dieses hochaufgelösten Klima­archivs bedienten wir uns der Methoden aus der Dendrochronologie und Dendroökologie. So konnten wir das fossile Öko­system in seiner drei­dimensionalen Erhaltung auch in seiner vierten Dimension, der Zeit, erforschen. Wesentliche Voraus­setzung dafür war die rasche Konservierung durch Vulkan­asche, die uns garantierte, dass alle Bäume im Wald zeit­gleich zugrunde gingen und somit in der Zeit davor denselben Umwelt­einflüssen ausgesetzt waren. Noch nie zuvor wurden derart umfang­reiche dendro­chronologische Studien an fossilem Holz des Erd­altertums durch­geführt.

In den ältesten Bäumen im Versteinerten Wald reichen die Aufzeichnungen bis zu 80 Jahre vor dem Vulkan­aus­bruch zurück. Darin entzifferten wir beispiels­weise lang­anhaltende Dürre­perioden. Typische Narben im Holz zeugen zudem von Blitz­einschlägen und Holz verspeisenden Tieren.

Das Spannendste aber war etwas ganz anderes. Bei der Vermessung der Jahres­ringe fiel nämlich auf, dass diese in verschiedenen Stämmen in regel­mäßigen Abständen dünner waren als in der Zeit da­zwischen. Das heißt, in diesen Zeit­abständen war es damals trockener als üblich. Diese dünneren Ringe fanden sich im Schnitt alle 10,6 Jahre. Aus der heutigen Zeit kennen wir nur ein Phänomen, das diese Periode besitzt: der 11-jährige Zyklus der Sonnen­aktivität, die unter anderem durch das regel­mäßige Auf­flackern der Sonnen­flecken gekennzeichnet ist.

Dies ist beeindruckend, weil der Zyklus der Sonnen­aktivität offenbar seit mindestens 300 Millionen Jahren konstant zu sein scheint. Nach­weise dieser Art sind in den Klima­archiven der Erde sehr selten und daher besonders wert­voll. Das älteste Archiv, in dem der 11-jährige Zyklus gefunden wurde, ist ein über eine Milliarde Jahre altes Gestein aus dem heutigen Schott­land. Darin erhalten ist die jahres­­zeitliche Schichtung von Sedimenten in einem damals existierenden See. Diese können genau wie die Jahres­ringe eines Baumes vermessen und ausgewertet werden.

Dass es so selten gelingt, den 11-jährigen Sonnen­zyklus nach­zu­weisen, liegt daran, dass die durch die erhöhte Sonnen­aktivität verursachten Klima­schwankungen extrem gering sind, für uns Menschen sind sie zwar mess-, aber nicht wahr­nehmbar. Damit er in Bäumen archiviert wird, müssen spezielle Bedingungen erfüllt sein. Insbesondere müssen bereits kleine Schwankungen der jährlichen Nieder­schlags­mengen das Wachstum beeinflussen. Das passiert nur, wenn der Boden sehr wasser­durch­lässig ist, sodass die Bäume schon nach kurzer Zeit unter Trocken­stress geraten, der sich seiner­seits in entsprechend schmaleren Jahres­ringen bemerkbar macht.

Doch von all dem wissen die meisten Bewohner und Besucher von Chemnitz nichts, wenn sie nur wenige Meter über dem Versteinerten Wald durch die Fuß­gänger­zonen flanieren. Schade eigentlich.

Welt in Bewegung

Woher weiß man eigentlich, wo Chemnitz vor rund 290 Millionen Jahren lag?
Seit Beginn des Perms hat Chemnitz mehrere Tausend Kilometer zurück­gelegt. Damals lag die Region noch südlich des 15. Breiten­­grades – so wie heute Caracas oder Manila. Ein Blick auf die Karte jener Zeit offen­bart, dass die Erde eher schlicht gegliedert war, in den Super­kontinent Pangaea sowie die großen Ozeane Palaeotethys und Panthalassa.

Es gibt viele solche paläogeografischen Karten, die die Entwicklung der Ozeane und Kontinente im Lauf der Erd­geschichte zeigen. Im Daumen­kino offenbaren sie, wie die Kontinental­platten, angetrieben von konvektiven Umwälzungen im heißen Erdmantel, in Hunderten von Millionen Jahren über die Erd­ober­fläche treiben, sich vereinen und wieder trennen.

Den Karten liegen unzählige Daten von Paläontologen, Mineralogen, Tektonikern und Geophysikern zugrunde. Manche Zusammen­hänge erkennen auch Laien auf den ersten Blick. So zeugt die Ähnlichkeit der afrikanischen West- und der süd­amerikanischen Ost­küste davon, dass diese Kontinente einst wie Puzzle­teile mit­einander verbunden waren. Die Gesteine auf beiden Seiten des Süd­atlantiks belegen das: Sie entstanden zur selben Zeit am selben Ort.

Sedimentgesteine geben Auskunft über Klimaverhältnisse und ob sie an Land oder unter Wasser abgelagert wurden, Fossilien erlauben die Rekonstruktion ganzer Lebens­­räume sowie, neben radiometrischen Methoden, die Bestimmung des Alters. Von besonderer Bedeutung ist das irdische Magnetfeld, das beim Erstarren bestimmter Minerale konserviert wird. Misst man die Stärke und Richtung der Magnetisierung, lässt sich daraus die geografische Breite bestimmen.

Von Joachim Schüring

Nicht wiederzuerkennen: Weltkarte zu Beginn des Perms. Chemnitz lag damals in Äquatornähe
©2016 Colorado Plateau Geosystems Inc.
Nicht wieder­zu­erkennen: Welt­karte zu Beginn des Perms. Chemnitz lag damals in Äquator­nähe
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