4. MITTLERES PALÄOZOIKUM (Kambrium, Ordovizium)

Übersicht:

• generell hoher Meeresspiegel >> viele Sedimente überliefert
• weite Schelfe > große Riffgebiete, z.T. auch sehr große Riffe
• fortschrittliche Räuber (Kieferfische, z.T. Haigröße); Zeitalter der Fische
• Devon: zunehmende Landbesiedlung
• spätes Devon: erste Landvertebraten
• spätes Devon: Artensterben
• Schließung Iapetus, Acadisches Orogen, Kaledoniden, Beginn Variszidenzyklus (Paläotethys)

4.1 Entwicklung der Lebewelt

4.1.1 Aquatisches Leben

nach Oberordovizium-Krise:

• keine volle Erholung
• Erholung und Radiation
• neue Gruppen

a) keine volle Erholung:

• Trilobiten (bleiben dezimiert), z.B. Calymene

b) Erholung und Radiation:

• Brachiopoden: Spiriferiden (Dev.) -> Leitfossilien (v.a. U und Mi.-Devon); (z.B. Spirifer arduensis: Siegen, Ems; Spirifer cultrijugatus: Grenze Ems/Eifel
  Terebratuliden; Rhynchonelliden; Strophomeniden
• Bryozoen, Crinoiden, Acritarchen
• Graptolithen: waren fast alle ausgestorben: Erholung und Radiation nur bei Monograptiden. Leitfossilien im Silur
• Mollusken:
  • Tentaculiten (wichtig auch als Leitfossilien)
  • Gastropoden: neue Typen, mehr trochospirale, z.B. Murchinsonia
  • Bivalven. Immer noch nicht allzu bedeutend, mehr grabende Filtrierer, erste Süßwasserformen (O.Devon). Z.B. Schizodus, Myophoria, Megalodon
  • Cephalopoden:
    • Nautiliden: im Silur wichtig
    • neu: Ammonoidea i.e.S. ab Unter-Devon. Vorläufergruppe Bactrioidea bereits ab Ordoviz. Leitfossilien ab Mi. Devon.
      
      U.Kl. Bactryoidea (Ord, v.a. Devon - Perm)
      UKl. Ammonoidea (U. Devon - Oberkreide):
      O. Anarcestida (U.-O.Devon): z.B. Anarcestes
      O. Goniatitida (Mi.Devon - Perm; Sipho extern): z.B. Manticoceras
      O. Clymeniida (O.Devon; Sipho innen): z.B. Wocklumeria
      
      
• Riffbildner: starke Radiation; viel größere Riffe.
  v.a. Tabulaten - Stromatoporenriffe (höh. Mi-Devon - O. Devon)
  
  seit Silur besonders erfolgreich wegen:
  • Tabulatenentwicklung
  • Entwicklung kolonialer Rugosa
  • Radiation Stromatoporen
  • Radiation Kalkalgen
  • viele Crinoiden, Bryozoen
  • weite Schelfe
    
    

oft zonierte Riffkomplexe, Entwicklung von Pionierstadien mit vielen Rugosa zu zonierten KOmplexen (vgl. Tafelzeichnung).

Diverse Anpassungsstrategien der Rifforganismen an erhöhte Sedimentationsraten, erhöhte Wasserenergie, evtl. Symbiose mit Zooxantellen erfunden >> im Vergleich zum Kambrium und Ordovizium Ausdehnung der besiedelbaren Riffmilieus.

auch Riffmounds, z.t. mit Algen und Bryozoen; häufig Stromatactis. Vgl. Beiblätter und Dias.

c) neue Gruppen: (z.T. mit Wurzeln im Altpaläozoikum)

• Ammoniten (siehe oben)
  
  
• Eurypteride Arthropoden (Vorläufer schon im Altpaläozoikum) (Kambr-) Ord-Perm, v.a. Silur-Devon. Auch Brack-/Süßwasser.
  Skorpionverwandte schwimmende Räuber (z.B. Carcinosoma, Eurypterus, Beiblatt 29)
  
  
• Fische: seit Silur ganze Skelette, oft Süßwasser. Devon "Zeitalter der Fische"; vgl. Beiblatt 29.
  
  
  • Agnatha: Ostracodermen: Knochenpanzer, schlecht bewegliche Formen;
    heutige Agnatha noch Neunaugen und Schleimaale). meist Schlammwühler. z.B. Hemicyclaspis Devon.
    
    "Gnathostomata": alle restlichen Wirbeltiere (ist keine formelle Gruppe).:
    
    
  • Acanthodier: Stachelfische (z.T. auch als Stachelhaie bezeichnet). Silur-Perm. Stacheln, paarige Flossen, z.B. Euacanthus. Kiefer aus 3. Kiemenbögen, Zähne aus Schuppen -> Räuber.
    Ende Devon fast ausgestorben, dennoch daraus später moderen Fische.
    
    
  • Placodermen: Panzerfische: oberstes Silur - U. Karbon. Räuber (evtl. nicht alle). Viel im Süßwasser, bis 10 m: Duncleosteus (Schwanz ohne Platten -> schneller Schwimmer)
    
    
  • Chondrichthyes: Selachier: Haie: ab Mitteldeveon, i.allg. < 1m, relativ häufig, z.B. Cladoselache
    
    
  • Osteichthyes: moderne Knochenfische:
    
    
    • Actinopterygier: Strahlenflosser: Chondrostei: relativ knorpelig, Störe etc.
      ab M.-Devon (v.a. Meso-Känozoikum); z.B. Cheirolepis: Old Red. noch asymetrischer Schwanz und rautenförmige Schuppen (Ganoidfische)
      
      
    • Quastenflosser (Crossopterygier): v.a. Süßwasser, auch marin. Coelacanthiden, z.B. Eustenopteron (59 cm). Rezent Latimeria (Madagaskar). ->> Amphibien (s.u.)
      
      

4.1.2 Landbesiedlung

4.1.2.1. Pflanzen

(Präkambrium nur Bakterien, Ordovizium evtl. Algen in Sümpfen, evtl. Flechten (Symbiose Pilze-Algen), kein Humus).

funktionelle Voraussetzungen:

• "Luft dünner als Wasser" -> rigider Stamm oder Stengel sowie Wurzeln zum Festhalten notwendig
• geringe Feuchtigkeit: -> Schutz vor Austrocknung durch Gewebedifferenzierung
• keine Nährstoffe in Luft -> Wurzeln zur Verankerung, Wasser- und Nährstoffaufnahme
  
  >> Transportsysteme >> Gefäßpflanzen
  
  im all. aufwärtige Transporttuben, Kohlehydrat-Verteilung abwärtig.

vor bzw. parallel zur Erfindung der Gefäßpflanzen:

Prototaxiten (U. Devon): Riesenalgen (oder Pilze oder Flechten?) und vergleichbare Formen: in Küstengebieten (unterschiedlich interpretiert, z.T. relativ tief, z.T. im Supratidalbereich, d.h. immer wieder trocken fallend, z.T. sogar ganz auf Festland?. Haben sich auf Land nicht durchgesetzt, wieder ausgestorben bzw. ganz in marine Bereiche zurückgegangen (Hinweis: einige Braunalgen heute auch im Gezeitenbereich).

1. adaptiver Durchbruch: Erfindung der Gefäße (O. Silur):

• Psilophyten: primitivste Sporenpflanzen. z.B. U.Devon Rhynia; ab M.-Devon Wurzeln und Blätter.
• Filicinophyta: Farne
• Lycopoden: Bärlappgewächse. ab Devon, v.a. Jungpaläozoikum. Nähe Wasser. z.B. Protolepidodendron
• Sphenophyta: Schachtelhalme: feucht. Hyenia
  
  (obenstehende Gruppen alles Sporenpflanzen, benötigen feuchte Standorte).

2. adaptiver Druchbruch: Entwicklung von Samen

Vorstufe: zwei Sporenarten - M. Devon: große weiblich (brauchen mehr Energie).

Samen ab Oberdevon: stärker wasserunabhängig; Pollen -> v.a. Windbestäuber.

sog. Sporenfarne, Pteridophyten

ab Oberdevon holzige Stämme, z.B. Archaeopteris (Samenfarnbaum): erster Baum.

Dominanzverhältnisse in etwa:

• Oberdevon: Archaeopteris-Flora: Samenfarne, erste Wälder
• Mitteldevon: Hyenia-Flora (Schachtelhalme)
• Unterdevon: Psilophyton-Flora (Sporenfarne)

4.1.2.2 Landtiere

Unterdevon: Rhynie-Kieselschiefer Schottland:

nichtmarine Arthropoden: Skorpione, flugunfähige Insekten, Spinnenverwandete (evtl. seit O. Silur?). Erste überlieferte Landtiere im Rhynie-Schiefer. (Bakterien waren sicherlich noch viel früher.)

Oberdevon: Ostgrönland: Old Red: Süßwasser:

Ichtyostega: "missing link" zwischen Quastenflosser und Amphibien:

• Gliedmaßen und Schädel amphibisch
• Zähne, Schwanz: fischartig (Zähne: Labyrightodontia)

Ursache des Landgangs weil sicher nicht, weil Land trockener wurde, sondern weil seit evtl. bereits 80 Mio a Landpflanzen vorhanden waren, d.h. neue Nahrung, Insekten etc.

Amphibien erst wichtig im Karbon / Perm.

4.2 Paläogeographische Entwicklung im Silur / Devon

4.2.1 Generelle Trends

• Meeresspiegel meist hoch, Abfall a) Obersilur/tiefstes Devon; b) spätes O. Devon (s. Abbildung oben).
  
  
• daher auch warm , v.a. Mi-Silur, Mi.-Devon, evtl. tropischer Bereich breiter als jemals später (Riffverteilung), (vielleicht mit O.-Jura vergleichbar), aber auch teilweise sehr trocken > viele Evaportite. (Beiblatt 33)
  
  
• Kontinent-/Ozeanverteilung:
  • neu: Old Red-Kontinent (= Laurussia) iab O.Silur und im Devon, durch Schließung des Iapetus (Zusatzblatt 1).
  • O.Devon: Gondwana und Oldred evtl fast oder kurz zusammen (umstritten): Pangäa-Vorläufer?
    
    
• Biogeographische Provinzen:
  • Silur: viele Brachiopoden und Graptolithen kosmopolitisch
  • Devon:
    • wegen Isolation: Appallachenprovinz: marine Bucht im Old Red von S: (N-Amerika) (Beiblatt 33). Verschwindet nach Transgression durch Verbindung nach W.
    • wegen Klima: südl. Gondwana: Malvinokaffrische Provinz (Kalt): v.a. S.Amerika, Paraná-Becken, S. Afrika, Falklands): u.a. viele grabenden Bivalven, wie heute eher im kalten Wasser.
      
      
• Oberdevon-Artensterben: gigantische Ausmaße, v.a. im marinen Bereich: mehrere Phasen: v.a. an Frasne/Famenne-Grenze (mehrere Pulse), auch an Devon/Karbon-Grenze.
  fast komplett vernichtet:
  • Riff-Vergesellschaftung (Rifforganismen, v.a. Stromatoporen und Tabulaten so stark dezimiert, dass zwar nicht alle ausgestorben sind, jedoch keine Kapazität zum Erbauen von Flachwasserkorallenriffen mehr vorhanden war. Es dauerte bis in die Trias, bevor - von ganz wenigen und kleindimensionierten Ausnahmen abgesehen, wieder Flachwasserkorallenriffe auftraten).
  • Marines Plankton und Nekton: Placodermen und Acritarchen fast ausgestorben.
  • sehr häufig kommen Schwarzschiefer oder bituminöse Kalke (Kellwasser-Kalk im Rhenoherzynikum > Kellwasser-Event) incl. Schwefelverbindungen an den Faunenschnitten vor.
    
    
    Mögliche Ursachen:
  • euxinische (d.h. sauerstoffmangel-)Wässer breiten sich auf Schelf aus (Treibhausklima mit zu häufigen Algenblüten?, Hochziehen der Sauerstoffmangelzone durch Meeresspiegelanstieg?): Klimabedingtes Umkippen der Meere unter Treibhausszenario
  • Euxinische (und/oder kalte) Wässer des tiefen Wassers durch Meteorit auf Schelf. Iridum gefunden (aber geringe Anreicherung, kann auch durch Algenmattenanreicherung erklärt werden). Anzeichen für starke Stürme ("Tentaculiten-Tempestite")
  • Regression -> Schelfareale verschwinden (aber z.B. Kellwasser-Event bei Höhepunkt des Meeresspiegels)
  • Globale Abkühlung? Hierfür gibt es durch Isotopenuntersuchungen in letzter Zeit zunehmend Anzeichen. Es gibt auch kaum Karbonate im untersten Karbon, malvinokaffrische Provinz zeigt wenig Aussterben.
    
    evtl. Kombination etlicher Faktoren: Kellwasserkalk-Supertreibhausklima mit Umkippen der Meere, gleichzeitig (vielleicht auch durch starken Entzug von C durch Schwarzschieferbildung) zunehmende Abkühlung, dadurch polare Eiskappe, Absinken des Meeresspiegels, Verlust von Schelfarealen.)
    
    
    
• Vereisung? Sahara-Vereisung: O.Ordoviz.; Silur keine Spuren (Pol evtl. im Wasser? Y-Typ von Bachtadse et al., s. Zusatzblatt I). Höheres Oberdevon: fragliche Tillite im nördl. Südamerika, S-Pol in SE-Afrika bzw. Zentralafrika.

4.2.2 Regionale Beispiele

4.2.2.1 Norderde: Laurussia/Laurasia: Nordamerika

Übersicht: vgl. Beiblätter 32, 36, globale Karten von Scotese und Golonka in Farbskript. vgl. Tafelzeichnung

Nordeuropa:

• Ordoviz-U.Silur: Konvergenz von Laurentia und Baltica
• Mi-O.Silur: Kollission: jungkaledonische Phase, -> Kaledoniden > Laurussia (entspricht in etwa dem Old-Red-Kontinent (Hinweis: Laurussia wird oft auch fälschlicherweise als Laurasia bezeichnet. Laurasia existiert allerdings erst nach der Auffaltung des Urals und dem dadurch bedingten Andocken von Sibirien).

Ränder von Laurussia:

• Appallachenregion: Mi-O.Devon: Kollission des Avalon Terrans: Acadische Orogenese: "Prototethys"-Kompression
• Frankreich, Deutschland: spätkaledonische und frühvariszische Ereignisse (s.u 4.2.2.2.): "Prototethys"-Kompression
• Westrand Laurussia: O-Devon-U.Karbon: Antler-Orogenese: Kollision des Klamath-Inselbogens (erste orogene Phase in Rocky Mountains, nach einer seit dem Präkambrium andauernden Entwicklung eines passiven Kontinentalrandes).
• NE-Rand Laurussia: O.Silur - Devon: Subduktionen in Uralgegend: Sakmar-Magitogorsk-Arc.

Sedimentabfolgen: (vgl. Beiblätter)

• Silur des Baltikums: ähnlich Ordovizium: Graptolithenschiefer und Riffstotzen (z.B. berühmte Riffe auf Gotland), viele Schicktlücken.
• Silur der Kaledoniden: ähnlich Ordovizium, Flysch- und v.a. molasseartig (Einsetzen der Molassesedimentation zeitlich etwas unterschiedlich). In Norwegen nur U.-Silur, dann Lücke.
• Devon der Kaledoniden: Old-Red-Sandsteine: festländisch, in intramontanen Becken und Molassebecken. Fazies: Flüsse, Fächer, Seen, äolisch, Caliche, Vulkanite, z.T. Kohlen. Viele Fischfossilien. Süttung v.a. aus Grönland. Old-Red-Diskordanz in Schottland: dort Old-Red Oberstes Silur - unterstes Karbon.
  
  
• Silur-Devon von Nordamerika: vgl. Beiblatt 36, Tafelzeichnung.
  • Silur: viel überflutet, Kalke, Riffe im O.Silur
  • Devon: im E Old Red, nach W marin: Appalachenbucht.
  • am W-Rand: Antler-Decken (s.o.) im O.Devon aufgeschoben
  • im Zentrum: bereichsweise viele Schichtlücken: Transcontinental Arc
  • am E-Rand (Appallachen):
    • O.Ord. Flysch, unteres Mi-Silur: Molasse: Taconische Orogenese
    • M.Silur-U.Devon: steil begrenzte Karbonatplattform
    • Mi.Dev. Flysch (Avalon-Terran kollidiert)
    • O.Devon: Molasse: Catskill-Delta-Gruppe, abgeschlossen von Chattanooga-Schwarzschiefer, der weit nach W reicht.

Tipp: Paläogeographische Rekonstruktionen des westl. Nordamerika von Ronald Blakey

Silur W | Silur ganz W | Devon W | Devon ganz W

(zusammengesetzt Karten im Farbskript)

weitere Karten von R. Blakey siehe hier.

4.2.2.2 Prototethys-Kompression in Zentraleuropa

(Prototethys hier als nicht näher spezifizierter Vorläufer der Tethys bzw. verschiedenster Teil- und Reliktozeane verwendet).

Problem: noch keine generell akzeptierte Lehrmeinung vorhanden:

1. frühere Interpretation: Schwellen und Senken ("Geosynklinalen")-Gliederung, bis nach Iberien korrelierbar (Lotze und andere)
2. Interpretation von Ziegler 1988 (vereinfacht): Avalonia klein, nur Nordamerika, ggf. Südportugal. Weitere Terrane (Kantabrien, Ostalpen). Moldanubikum ist paläozoisch-kaledonischer Anwachsteil von Baltika, welcher in den Backarcbereich einer nach S einfallenden Gondwana-Subduktion fällt. Dadurch Rhenoherzynikum und Saxothuringikum als kontinentale Dehnungsbecken erklärbar (siehe unten).
3. Globale Interpretationen von Scotese oder Golonka erkennen die Bedeutung von Avalonia (auch für Europa), scheiden jedoch kein Armorica aus (Scotese), bzw. lassen zentraleuropäische Terrane zu spät an Avalonia andocken
4. Bachtadse und Tait erkennen die Bedeutung von Armorica, welches sich hinter (südl.) Avalonia rasch nach N bewegt. Franke und andere fordern das Vorhandensein eines Rhenoherzynische, Saxothuringischen und MCM-Ozeans. (hinweis: diese Arbeiten sind älter als die unter 3 genannten Rekonstruktionen, fanden bislang in globale Rekonstruktionen nur untergeordnet Eingang).

Nachfolgendes soll Ihnen helfen, die unterschiedlichen Interpretationen zu verstehen.

vgl. Beiblätter:

Klassische Gliederung (Beiblatt 37 oben, Zusatzbeiblatt 2) (und ihre Zuordnung zu Terranen, Zusatzbeiblatt 3) von N nach S:

• Vorland: auf Avalon-Terran
  
  
• Rhenoherzynikum: Sedimentation mit Riffen, v.a. Devon (siehe unten) auf Avalon-Südschelf, dann (später subduzierter) Rhenoherzynischer Ozean (Vorläufer war Rheischer Ozean)
  
  
• Mitteldeutsche Kristallinschwelle: W. Ordenwald, Spessard; auch Normandie pp.: Nordarmorika
  
  
• Saxothuringigkum: Vogesen, Breuschtal (Mi.Devon: mit Riffkalk und Cgl. von Russ), Baden Badener Senke, N.Schwarzwald, S. Odenwald, Frankenwald (überwiegend), Erzgebirge. viele Flysche etc. . Fortsetzung ins Zentralarmorikanische Massiv. Schelfe von Nord- und Südarmorika, dazwischen Saxothuringischer Ozean
  
  
• Tephla-Barrandium (am Südrand des Saxothuringikums, d.h. N-Rand von S-Armorika).
  
  
• Moldanubikum: v.a. ältere Serien, hochmetamorph, auch O.Dveon: Badenweiler-Schönau-Lenzkirch Zone im Schwarzwald mit Schönau-Schiefer (O.Dev., Conodonten), z.T. S. Vogesen: Grauwacken, rote Schiefer etc. Verbindung zu Ligerischen Kordilliere (S. Bretagne). Süd-Armorica?
  
  
• wahrscheinlich weitere Terrane bzw. "Terran-Archipele": Moravikum, Inneralpine Terrane (Ostalpin, Karnische Alpen?)
  

Rot: Avalonia, Blau Armorica (nach neueren Untersuchungen gehört auch S-Portugal zu Avalonia, siehe nachfolgende Abbildung). MCM Ocean: Massiv-Central-Moldanubischer Ozean.

Aktuell: Farbabbildungen zu oben. Klicken Sie auf die nachfolgende Abbildung. (aus Franke 2002)

Nachfolgende Skizze gibt Ihnen Details zur Konfiguration sowie zur Sedimentation. Klicken Sie in die Abbildung, um zusätzliche Erläuterungen zu erhalten (diese öffnen sich in einem Zusatzfenster).

Vgl. Blatt 37: alte Korrelation.

Vergleichen Sie mit den Ziegler-Europakarten (Kurspasswort notwendig):

• Jungkaledonische Zeit
• Mittleres Devon
• Oberes Devon
• Legende und Karten für jüngere Abschnitte finden Sie hier -

Unterschiede zu Ziegler-Rekonstruktionen (Auswahl):

• Ausdehnung von Avalonia
• Ziegler erklärt die Devon-Extension mit Back-Arc-Spreading; dazu notwendig wäre nordwärts abtauchende Subduktion, aber nicht unbedingt Anzeichen hierzu (evtl. im Moldanubikum).
  
  vereinfachte Darstellung (siehe auch Beiblatt 37 unten):

aber vielleicht saxothuringischer Ozean durch Back-arc-spreading wegen Subduktion des Rhenoherzynicums nach S ?



Sedimentabfolgen siehe Beiblätter 30, 31; Rhenoherzynikum nachstehend.

4.2.2.3 Restliche Welt

Beispiel Australien:

Devon-Stromatoporen-Tabulaten-Riffe ebenfalls an Frasne/Famenne-Grenze abgestorben, danach noch Algenriffe.

Wichtig: denn an vielen anderen Stellen der Welt könnte Riffsterben auch nicht globale Ursachen haben (Orogenese: Eintiefung bzw. Zuschüttung (Europa); amerikanischer Schelf; Mi/O-Devon zu flach: evaporite.

Weiteres Devon (oft mit Riffen)

• z.B. Marokko, Tunesion, d.h. südliche Schelfränder von Gondwana. Rest vom Gondwana-Rand zu kalt für Riffe.
• Stark absinkender Kontinentalrand in Südamerika.
• Rest vgl. Beiblatt 33.

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letzte Änderungen 13.04.2003 durch R. Leinfelder