9. Känozoikum

Weitere Abbildungen werden sukzessive hinzugefügt; Viele Zusatz-Abbildungen zu diesem Teil finden Sie im pdf-Schwarz-Weiß-Skript (pdf, 3.1 MB) sowie insb. unserem pdf-Farbskript, Teil 1 (Organismen) (pdf, 2,6 MB), Teil 2 (Klimaentwicklung) (pdf, 1,3 MB) und Teil 3 (regionale Beispiele) (pdf, 4.3 MB)

Gliederung des Tertiärs

(inoffizielle Begriffe in Klammer)

9.1. Organismen des Känozoikums

Marine Invertebraten:

Rifforganismen:

• Korallen weitere Entwicklung (v.a. schnellwachsende Gruppen, z.B. Acropora)
• Wichtig: ab Miozän bilden inkrustierende Corallinaceen (Rotalgen) Algen-Riffkämme auch im höchstenergetischen Bereich.
• Kieselschwämme relativ unbedeutend, v.a. größere Tiefen, rezent vor Kanada Kieselschwamm-Mudmounds.

Bislang weitgehend unbesetzte Nische: Lockersande:

• A) Sanddollars: Detritusfresser (Sieber)
• B) schnellgrabende heterodonte Muscheln
  
  Bivalven im Quartär stark provinziell (arktisch, boreal, lusitanische Provinz); wichtig auch für Klimaschwankungen

Mikroorganismen

• Großforaminiferen: Tethys, Alttertiär: Nummuliten, Discocyclinen (Leitfossilien); > Skizze
• Planktische Foraminiferen, v.a. Globigerinen sowie benthische Kleinforaminiferen (> Abbildung) (Biostratigraphie)
• Coccolithen: wichtigste Gruppe für marine Biostratigraphie
• Radiolarien > Abbildung
• Dinoflagellaten; > Abbildung
• Kieselalgen (Diatomeen); Blüte ab Miozän auch im Süßwasser (Kieselgur-Lagerstätten).

Landpflanzen:

• Gras (echte Gräser, Süßgräser, Getreidearten, Weidegräser): sicher ab Oberoligozän:
  • adaptiver Durchbruch: Kontinuierliches Nachwachsen trotz Abgrasen
  • neben Windbestäubung auch starke vegetative Vermehrung-> Bodenbefestigung (Verlangsamung der Denudation).
  • Zunehmend härtere Gräser: Coevolution in Verbindung mit Entwicklung von härteren Zähnen. Z.T. Kieselsäureeinlagerung in Gräsern.
• Die meisten der heutigen Blütenpflanzen ab Neogen (ab Miozän): Klimaschwankungen durch direkten Vergleich mit heutiger Flora interpretierbar.

Vertebraten:

Austauschmöglichkeiten (s. auch Beiblatt 61) Nordamerika - Eurasien Paläozän über Grönland, Schottland: Thule-Landbrücke (Giant’s Causeway) Bering-Landbrücke: Alttertiär, Neogen nur z.T. (v.a. in Kaltphasen) Afrika – Eurasien: Hauptkollision im Miozän N.Amerika – S.Amerika: Landbrücke von Panama erst ab Pliozän (ca. 3,5 Mio) Europa – Asien: nicht zur Zeit der Turgai-Meeresstraße (östl. Ural), also nicht M.Eozän – Oligozän (aber Unterbrechungen der marinen Überflutung). Marsupalier (Beuteltiere) in Kreide in Gondwana entstanden: In Afrika verdrängt In Südamerika ab Pliozän z.T. verdrängt, auch selten nach Nordamerika In Australien, Tasmanien ab O.Kreide isoliert, dort keine Einwanderer, nahmen alle Nischen ein: Känguru, Beutelwolf, Beutelratten etc. Ab Paläozän / Eozän bereits: Insektivora (ab Pal.), Fledermäuse (ab Eo), Wale, (Pal), Primaten (ab Eo), Echte Carnivoren (ab Pal), Erste Pferde (o.Pal/u.Eo) Pferdereihe: Entwicklung in Amerika, mehrfache Einwanderung nach Eurasien: Eozän, O.Oligozän/Miozän, Pliozän U.a.: Palaeotherium/Hyracotherium (Eo) -> Miohippus (Oligo) -> Merychippus/Pliohippus/Hipparion (Mio) - > Equus (Plio) Blattfresser, ab Miozän Grasfresser -> Zahnentwicklung Zunehmend bessere Läufer (Savannen) -> Hufentwicklung Einige Details zur Pferdeentwicklung. Trends: Entwicklung der Körpergröße des Gehims der Vorder - und Hinterextremitäten und Mechanismus der Zahnhöhe und Zahnkronenmuster Hyracotherium (Eohippus)(Untereozän)--> fuchsgroß, dreizehig und vierfingrig, Buschschlüpfer --> Laubfresser (bzw. Blatt) Miohippus (Oberoligozän)--> schafsgroß, alle Füße dreizehig, --> Laubfresser oder Blattäser --> fester und harter Boden begangen Pliohippus (Mliozän) --> einzehig --> Hufen (Einhufer) --> Grasfresser, über Behring - Landbrücke nach Europa Equus (Pleistozän) -> weltweit verbreitet; starb Ende der Eiszeit in N - Amerika aus. Einhufer, Zähne mit kompliziertem Schmelzfaltenmuster Elefanten: Moeritherium (Eozän) -> Palaeomastodon (Oligo) – Mastodon/Dinotherium (Mio/Plio), Palaeoloxodus (Waldelefant) / Mammuthus (Steppenelefant) -> Elephas/Loxodonta Diatryma : Riesenlaufvogel; gehört zu den flugunfähigen Ratiden (Laufvögel). Sie hatten keine Feinde und brauchten nicht wegzufliegen'! --> Fleischfresser 0 . Paläozän - M. Eozän ca. 2,5 m groß Wichtigste Fundstelle: Messel (Eozän, lakustriner Ölschiefer), bei Darmstadt

Ab Oligozän:

• Größte Landsäuger: Rhinoverwandte: Titanotherium, Indrichtotherium (Schulterhöhe 5,5 m) > Abbildung
• Erste echte Affen, auch menschenaffenartig: Aegyptopithecus
  
  
• Ab Jungtertiär:
• Zum Teil wegen Insektenentwicklung: -> Radiation der Singvögel (fressen häufig Fluginsekten) und Froschentwicklung
• Zum Teil wegen Wiesen und härteren Pflanzen: -> Radiation der Ratten und Mäuse
• Wegen Froschentwicklung und Ratten-/Mausentwicklung -> starke Schlangenentwicklung
  
  
• Höhepunkt der an Savannen und Busch angepassten Organismen (Mio/Plio: Giraffen, Elefanten, Schweine etc. (z.B. Hipparion-Fauna)

Organismen des Quartär

• Kaltzeitorganismen: Moschus, Rentiere, Fellnashörner, Mammut, Steinbock, Höhlenbär; Kiefer, Birke, z.T. Tundra
• Zwischeneiszeiten: Flusspferd, Nashörner, Elefanten, Steppenhirsch, Bison, Hyäne, Säbelzahntiger, Schwein, z.T. Affen; Eiche, Buche

Hominiden-Entwicklung:

Entstehung in Afrika:

• Ramapithecus 17-5 Mio a: Menschenaffe, vor 15 Mio nach Eurasien
• Australopithecus 4,0 - 1,3 Mio a, ältester Menschenartiger. (vor kurzem ggf. noch ältere Formen gefunden, bis zu 7 Mio a alt; Wissenschaftlerstreit, ob noch Menschenaffe oder schon Urmensch):
  • Mehrerer Arten, u.a. A. afarensis: "Lucy" (Olduvai Kultur)
• Homo habilis 2.0-1,6. sowie Homo rudolfensis(ab 2.5): Ältester Vertretung der Gattung Homo (aber umstritten, ob H.habilis vielleicht doch noch eher zu Australopithecus gehörend), Mio).
• Homo erectus 1,6 Mio - 300.000 a (früher Pithecantropus):Großer Entwicklungssprung
  • Groß, besserer Läufer als wir, da schmaleres Becken (später breiter wegen großem Babykopf; Gehirn H.erectus: 800-1300 cm3, , moderner Mensch Schnitt 1330 cm3
  • Weit verbreitet: Java-Mensch, Peking-Mensch, Mauer-Mensch (H.e. heidelbergensis: 600.000 a) Bilzingsleben (400.000 a).
    
    
• Nur Schädelfragmente zwischen 400.000a - 100.000 a, diese eher erectus-Typ, z.B. STeinheim (Homo erectus??/sapiens?? anteneanderthalensis)
  Ehringsdorf (Homo erectus??/sapiens?? praeneanderthalensis)
  
  
• 100.000 a - 35.000 a (Würm-Glazial): Homo neanderthalensis (umstritten; evtl. auch Unterart von H.sapiens). Spanien bis Asien. Höhlenmensch, aber nicht sehr primitiv. Schon Religion: begraben mit Fleisch und Blumen (‡ Pollen). Starb während letzter Vereisung aus: Osteuropa vor 40.000a, Westeuropa vor 35.000 a.
  Neu: nun evtl. 160.000 a alte Neufunde.
  
  
• gleichzeitig wohl schon: Homo sapiens (ab 100.000 a). Entwickelte sich wohl direkt von Australopithecus (keine Linie über H.habilis und H.erectus): Cro Magnon-Mensch, Altamira etc.. 2 Arten von Menschen gleichzeitig. Schnelle Verdrängung bei Begegnung.

Zur Menschenausbreitung und frühem "Human Impact" (Theorie)

• Großsäuger in Nordamerika im Pliozän wichtig. Größenzunahme Anpassung an kaltes Klima (geringere Oberfläche zum Volumen).
• Großsäuger verschwinden in Nordamerika vor 11.000 Jahren (Zeit des letzten Eisvorstoßes): durch Menschen gejagt und ausgerottet:
  • evtl. vor 11.000 a Mensch nach Nordamerika?
  • evtl. schon früher (30.000 a), aber erst ab 11.000 a Wurfgeschosse?
    
    
    

weitere Abbildungen zu Kap. 9.1 im pdf-Farbskript, Teil 1 (3 MB).

9.2 Klimaentwicklung im Känozoikum (mit Aspekten der zukünftigen Entwicklung)

Die mesozoische Warmzeit hat ihre Ausläufer noch bis etwa ins Oligozän.

• Das mitteleozäne Klimaoptimum bewirkt:
• subtropische Kohlenmoore
• marine Warmwasserformen (Nummuliten, Korallen) drangen nach N vor
• alttertiäre Kohlen in gemäßigt humiden Zonen (N - USA) / E - Asien) und Kohlen und Pflanzenreste in Grönland und Spitzbergen.

Bereits im späteren Eozän kommt es aber schon zu einem Temperaturrückgang --> südliche Faunenelemente zogen sich aus dem Norden zurück. --> Auf der Antarktis wächst die Vereisung der Polkappe.

Im höheren Oligozän kommt es zu einem starken Meeresspiegelabfall, der einhergeht mit der zunehmenden Vereisung der antarktischen Polkappe, dem Höhepunkt der alpidischen Orogenese und einer generellen Abkühlung. Zusätzlich kommt es noch zu Aussterbephasen der Globigerinen und des Nannoplankton.

Im 0. Oligozän und Miozän vvird es trockener, nicht unbedingt überall kühler.

Mit dem 0. Pliozän - Pleistozän beginnt schließlich das Eiszeitalter (3 Mio. a), welches eventuell bis heute andauert.

Abkühlungstrend durch Sauerstoffisotopen gut dokumentiert, aber viele Fehlerquellen (wichtig u.a. Korrektur für Vorhandensein bzw. Fehlen von Eiskappen). >> Abbildung (demnächst).

Mögliche Ursachen für die Klimaverschlechterung:

Ausgangssituation: O.Kreide - Alttertiär: Starkes Sea-Floor-Spreading und hoher Meeresspiegel.

1. Plattentektonische Ursachen:

a) Nachlassen des Spreadings -> Meeresspiegelfall -> kontinentaleres Klima: Abnahme des Treibhauseffektes (weniger H20 und CO2 in Atmosphäre)

b): Schließung des Meeresstraße von Panama (Pliozän, 3.5 Mio) -> Golfstromentstehung -> Feuchtes Wetter in Europa

c) Öffnung des nördlichen Nordatlantiks: Ausfließen kalten Wassers aus Polarmeer

d): circumpolarer kalter Ringstrom durch Abdriften von Australien

>> Aus c+d: polares kaltes Tiefenwasser fließt ab O.Oligozän äquatorwärts ->upwelling in niederen Breiten, an W-Küsten -> regionale Abkühlung auch dort.

e) Anhebung junger gefalteter Gebirge, darunter auch Tibet-Plateau (v.a. Mio/Plio):

• Mehr Niederschläge, Gletscher ins Vorland (lokale Abkühlung im Inland)
• Umlenkung der Windsysteme
• Hydrolyse-Verwitterung als CO2-Senke (als HCO3- in kühle Meere)

2. Selbstverstärkungsphänomene:

• S-Polvereisung durch Albedo-Effekt zunehmend
• Tundren ersetzen Wälder: Zunahme der Winteralbedo (Schnee rutscht im Winter von Bäumen ab, dadurch kaum Albedo-Erhöhung trotz Schnee)
• Hochgebirgsvereisung wegen Albedo zunehmend: Gletscher gehen weit ins Vorland und kühlen dort ab.
• Nach kritischer Abkühlung: Vereisung des Nordpolarmeeres (O.Mio/Plio); Packeis (mit hoher Albedo) drängt Golfstrom zurück.
• Aridisierung und Abkühlung durch Ausbreitung von C4-Pflanzen? C-4-Pflanzen wachsen schneller und lagern mehr CO2 ein. Sie speichern auch Wasser und evaporieren dies nicht zurück zur Atmosphäre. Dadurch entsteht zunehmende Austrocknung. Heutige C4-Pflanzen u.a. fast alle Gräser (d.h. auch Getreide) der Tropen und Subtropen; widerstandsfähiger gegen Hitze; profitieren von hohen CO2-Gehalten in der Atmosphälre

3) Schwankung in solarer Einstrahlung

a) Milankowitch-Zyklen

• evtl. verantwortlich für einzelne Phasen
• i-Tüpfelchen-Effekt: minimale Änderung löst bei geeigneter Prädisposition selbstablaufende Selbstverstärkungseffekte aus
• Wohl auch z.T. verantwortlich für extrem rasche Klimafluktuationen in Übergangszeit.

b) Schwankung in Sonnenhelligkeit ? (u.a. via Sonnenfleckenaktivität berechenbar).

Quintessenz: die Klimasysteme sind zu komplex, um nur monokausal gesteuert werden; viele Faktoren spielen zusammen; die Quantifizierung ist jedoch häufig problematisch.

Klimasprünge (u.a. beim Übergang von Warm- zu Kaltzeiten)

• Dansgaard-Oeschger- bzw. Heinrich-Events: Lagen von Diamiktiten in unregelmäßigen Abständen im nördlichen Nordatlantik. Diamiktite: aus Treibeis ausgeschmolzenes Grobmaterial. Während derartiger verstärkter Abschmelzzyklen wird kaum Tiefenwasser produziert (da ausgesüßt), wodurch auch das Golfstromsystem nachlässt.

• Generell sprunghafte Abschmelzdynamik, instabile Eisschilde auch auf Antarktis. Abschmelz- und Stabilisierungszyklen (> Abbildung).
• auch innerhalb Kaltzeiten starke klimatische Sprünge (Riss-Eiszeit besteht z.B. aus drei Eiszeit-Intervallen)
• Entwicklung der derzeitigen Temperaturen außerhalb natürlicher Trends!
• Die frühere und zukünftige klimatische Bedeutung von Methan-Hydraten.

Weitere Abbildungen zu Kap. 9.2 im pdf-Farbskript, Teil 2 (1.1 MB)

Hinweis: derzeit bewegt sich das Klimageschehen bereits außerhalb der aus dem jüngeren Känozoikum bekannten Schwankungen; damit werden Vorhersagen der zukünftigen Entwicklung zunehmend schwieriger. Besonders problematisch sind die raschen Skalen der anthropogenen Klimaänderung, welche den Kompensationssystemen (insb. dem Ozean) nicht genügend Zeit zum Puffern geben. Neben der genauen Untersuchung der jüngeren Erdgeschichte müssen auch Modelle aus Treibhauszeiten wie Jura und Kreide entwickelt werden, um mögliche zukünftige Änderungen erkennen zu können.

Zusatzliteratur zu Klima und Umwelt (Känozoikum und Zukunft):

aus der Reihe: Spektrum der Wissenschaft:
Verständliche Forschung: Biologie der Meere (1991)
Atmosphäre, Klima, Umwelt (1990)
Die Dynamische Welt der Ozeane: Spektrum Spezial 1/1998

Hansch (ed). Eiszeit, Mammut, Urmensch... und wie weiter?-
Museo 16/2000, Heilbronn.

Wefer, G. (ed.)(2002): expedition Erde. Beiträge zum Jahr der Geowissenschaften 2002.-249 S., AWS., mit vielen Einzelbeiträgen (beziehbar gegen Unkostenbeitrag via gwefer@marum.de)

9.3 Regionale Beispiele

9.3.1 Tertiär

Überblick: Europa im AIttertiär

• Im nördlichen N - Atlantik setzt das seafloor spreading ein und zwar erst westlich, ab O. Oligozän östlich von Grönland.
• Im Allgemeinen wird das spreading von einem starken lokalen Vulkanismus begleitet bzw. vorangekündigt z.B. Plateaubasalte auf Grönland --> Giants causeway mit ca 3000 m Mächtigkeit (Verbindung nach Schottland, Rest auf Island; auch als Thule-Landbrücke bezeichnet)
  
  
• Durch den Zusammenschub der Tethys kommt es zu Subduktionszonen mit Vulkanismus und Deckenüberschiebungen, sowie Kollissionen von Mikroplatten.
• Flysch und Molasse werden von den Schwellen bzw. Hochgebieten in die Vorlandstiefen bzw. Tröge sedimentiert; ab M. Oligozän: Molasse
• Durch Anhebung von Mitteldeutschland kommt es zu Inversionsbewegungen und Taphrogenesen z.B. Oberrheingraben
• Pyrenäen werden gefaltet ebenso das Kantabr. Gebirge
• Sea-Floor-Spreading im Mittelmeer : Ionische See ("Mini-Ozean")
• Als weiteres Ozeanbecken existierte noch die Paratethys, z.T. mit Ozeanboden, deren heutiger Rest im
  • Schwarzen Meer ("backarc"-Struktur)
  • Aral see
  • Kaspisches Meer zu sehen ist.

Überblick: Europa im Jungtertiär

• Die Öffnung des Nordatlantik geht weiter, wird aber langsamer
• Im Gebiet der Tethys kam es zu weiteren Hebungen und Faltungen: Molassen; Die südliche Vorsenke unter dem Po wurde von den Alpen und dem Nordpennin bis zum Pliozän mit > 5000 m Sediment aufgefüllt
• nach Kollission (Miozän): Öffnung des westlichen Mittelmeers - Dehnung im Tyrrhenischen Meer, Algerisch-provencalischer Ozean (back arc zu Appennin)
• Subduktion z.T. bis heute: Ätna, Stromboli, Vesuv, Kreta
• Auch im Vorland (Mitteleuropa) verstärkt sich die tektonische Schollenbewegung ==> Anhebung der Hochschollen (Ardennen, Rheinisches Schiefergebirge, Harz, Böhmische Masse) und Einbrechen der Tiefschollen ( Oberrheingraben, Hessische Senke etc. ) Aus den tief reichenden Brüchen werden seit dem Paläozoikum erstmals wieder vulkanische Schmelzen gefördert (Kaiserstuhl, Vogelsberg, Urach, Hegau)
• messinisches Ereignis: Mittelmeer trocknet aus (evtl. nicht komplett) und es kommt zur Bildung von Salzen und Gipsen. Grund : Verbindung zum Atlantik über die Betische Senke ging verloren. Erst im Pliozän wurde über die Straße von Gibraltar die Verbindung zum Atlantik wieder hergestellt.
• Pliozän - rezent gibt es teilweise heute noch aktive Subduktionszonen mit begleitendem Vulkanismus : Ätna, Vesuv, Liparische Inseln, Appennin, Betiden, Kreta.

Alpen und Mediterrangebiete:

Grundlegende paläogeographische Änderung führt zu heutigem Relief

• Ostalpen Hauptfaltung Kreide bis Miozän.
• Westalpen Hauptfaltung im Alttertiär
• Himalaya Hauptfaltung Wende Oligozän / Miozän

Im Mittelmeer vvird die Strukturbildung durch kleine Kontinentalblöcke (Mikroplatten) verkomplziert (z.B.Korsika, Sardinien, Adriamasse). --> Subduktionen, C)berschiebungen, Kollisionen --> führte auch zu lntraplattenreaktionen, Schollenrotationen.

Tektonik:

• 1. Kollisionsphase : Brianconais wird überschoben (Mi Kreide)
• Mi Kreide- Eozän: iFlyschsedimentation
• Paläozän Laramische Phase
• O. Eozän / U. Oligozän (pyrenäische Phase); schmaler nordpenninischer Ozean wird geschlossen ==> Flyschüberschiebungen in Pyrenäen, Appennin.
• Miozän stärkste Phase im gesamter Raum, z.B.:
  • Mi. Miozän (Steyrische Phase): Faltung und Abscherung des Flysches; Hebung
  • Ende Miozän: Molasse-Faltung, Austrocknung des Mittelmeers

Mit der Hebung endet die Metamorphose :

1. Stadium: 100 - 70 Mio. a Frühstadium
2. Stadium: 45 - 35 Mio. a Hauptkristallisation
3. Stadium : 20 Mio. a postkinematische Kristallisation
--> Beryll - Adamello - , Rieserferner Pluton

Sedimente:

• Inneralpin:
  • Eo-Miozän: lokal Meer im Bereich der Nördlichen Kalkalpen, z.B. Häringer Schichten; auch im Wiener Becken.
  • Pliozän: starker Aufstieg, im Wiender Becken noch Binnenmeer (Paratethys-Reste)
• Flysch: Mi.Kreide-Eozän
• Helvetikum:
  • bis U. Oligozän: flacher, u.a.:
  • Lithothamnienkalke
  • Nummulitenkalke
  • Erze: Kressenberg-Schichten
• Molasse: Vortiefe
  • gehört zur Paratethys.
  • Ostbayern und Österreich marin bis Pliozän, im Westen gemischt

Süddeutsche Molasse
Rest: Anglogallisches Becken. Zerfällt in weitere Teilbecken (London, Hampshire, Belgisches, Pariser Becken).

Lutet (Mi. Eozän): Pariser Grobkalk
dazwischen Priabon: Montmartre Gips
U./Mi-Oligozän (v.a. Rupel): Fontainbleau-Sande (Zeit der UMM)
höh. U. Miozän (v.a. Burdigal): z.B. Orleannais-Sande/Mergel, keine sehr weitgehende Transgression (Zeit der OMM).

starke Hebung
Sedimente in Internbecken v.a. Miozän; Aquitaine, Ebrobecken, Portugiesisches Tejo-Becken; auch rein terrestrische Becken: Spanien (z.B. Teruel), mit Fächer-Seen-Environments.

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