Paläogen

Stratigraphische Tabelle des Paläogen

Das Paläogen ist das älteste der drei Zeitalter der Erdneuzeit (Känozoikum). Es begann mit der Kreide-Tertiär-Krise vor 65,5 Millionen Jahren und endete vor 23,03 Millionen Jahren mit einem sanften Übergang ins Neogen. Ursprünglich (vor 2004) wurde das Paläogen mit dem Neogen zusammengefasst und als “Tertiär” bezeichnet. Auf das Tertiär folgt nach wie vor mit der Entstehung des Menschen dann das Quartär.

Die Untergrenze der paläogenen Sedimente im Gestein markiert ein Streifen iridiumhaltigen Gesteins. Diese anormale Ansammlung von Iridium, einem auf der Erde kaum natürlich vorkommenden Metall, ist ein Indiz für einen Meteoritenschauer, der vor 65,5 Millionen Jahren die Erde traf. Der größte dieser Meteoriten, die auf der Erde einschlugen, war der Chixculub-Meteorit, dessen Impaktwinter für das fatale Massenaussterben am Ende der Kreide verantwortlich gemacht wird. Die Obergrenze des Paläogens markiert das erste Auftreten der Foraminiferen-Art Paragloborotalia kugleri und das Aussterben der Plankton-Art Reticulofenestra bisecta.

Wichtige Ereignisse:

• Alpidische Orogenese
• Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum
• Antarktis-Vergletscherung

Unterteilung

Das Paläogen teilt sich in drei Serien: Paläozän, Eozän und Oligozän. Die Serien trugen diese Namen bereits, bevor das Tertiär zweigeteilt wurde, sie sind also auch in älteren Texten zu finden. Weiter wird das Paläozän in die drei Stufen Danium, Seelandium und Thanetium unterteilt, das Eozän in die vier Stufen Ypresium, Lutetium, Bartonium und Priabonium, und das Oligozän in die zwei Stufen Rupelium und Chattium unterteilt.

Namensherkunft

Der Name Paläogen leitet sich von den griechischen Wörtern palaeos (= alt) und genos (=Zeitalter) ab. Es trägt diesen Namen, weil es zeitlich vor dem Neogen stattfand und entsprechend das ältere Zeitalter ist. Die alte Bezeichnung, Tertiär, lässt sich auf die Beobachtung des italienischen Geologen Giovanni Arduino von 1759 zurückführen, der neben Bergen aus festem, magmatischem und metamorphem Gestein (montes primitivi) und denen aus weniger festem Kalkstein (montes secundarii) noch solche aus kaum verfestigten Sedimenten dokumentierte. Diese Berge bezeichnete er als montes tertiarii, als dritte Berge. Die Stratigraphie übernahm diesen Begriff als Bezeichnung für junge, kaum verfestigte Sedimentschichten diesseits der Iridium-Anomalie.

Fundstellen

Das Paläogen ist in Süddeutschland in der Alpenvorlandmolasse aufgeschlossen. Die Untere Meeresmolasse und Teile der unteren Süßwassermosasse entstammen dem Oligozän, der letzten Serie des Paläogens. Diverse vulkanische Ereignisse in Deutschland, wie z. B. die Hebung der Vulkaneifel, fanden im Paläogen statt Global wichtige Fundstellen für Fossilien des Paläogens sind zum Beispiel die Grube Messel, das Eckfelder Maar, die Wasatch-Formation in Wyoming und Utah, USA, die Djebel-Qadrani-Formation in Marokko, etc.

Geologie

Plattentektonik

Im Paläogen ähnelte die Verteilung der Landmassen bereits stark unserer heutigen Welt. Die wohl auffälligsten Unterschiede waren der hohe Meeresspiegel und einige Landbrücken, die noch oder noch nicht existierten: Südamerika war noch mit der Antarktis über eine Landbrücke zwischen Kap Horn und der Antarktischen Halbinsel verbunden. Mittelamerika existierte noch nicht und Indien lag noch getrennt von allen anderen Kontinenten im Indischen Ozean. Afrika und das Inselmeer Europas waren noch durch einen schmalen Ozean, der Tethys-See, getrennt. Indonesien lag ebenfalls noch unter dem Meeresspiegel.

Im Lauf des Paläogens ging der Meeresspiegel stark zurück. Europas Inseln wurden durch die Regression zu einem geschlossenen Kontinent, und das nordamerikanische Binnenmeer zwischen Rocky Mountains und Appalachen zog sich bis in die Hudson Bay zurück.

Gleichzeitig setzte sich die alpidische Orogenese fort. Was früher Gondwana war, strebte nordwärts. Afrika und Indien subduzierten die Tethys, an ihren Nordrändern bildeten sich erste Gebirge. Südamerika verschob sich durch den Druck vom Atlantik her weiter nach Westen und subduzierte dabei weitere Teile der Pazifischen Platte, wodurch die Anden entstanden.

Sedimente

Die Sedimente des Paläogens setzen sich im marinen Milieu meist aus Kalk- und Sandsteinen, sowie verschiedenen Formen von Kalkmergel zusammen. Im terrestrischen Milieu entstanden vor allem Konglomerate und Brekzien. In Süddeutschland fanden beide Ablagerungsformen während des Oligozäns statt. Sie bildeten in dieser Reihenfolge die Untere Meeresmolasse (Kalkstein, Sandstein, Bändermergel) und die Untere Süßwassermolasse (überwiegend Konglomerat). Am Übergangsbereich beider Sedimentschichten ist lokal die Untere Brackwassermolasse aufgeschlossen, z. B. in Gestalt der Bausteinschichten, die sich durch wechselnde Ablagerungen der marinen und fluviatilen Fazies, Turbidite und einen hohen Kohlegehalt auszeichnet. Die Kohle entstand aus der Sumpfvegetation, die bei Regression des Meeres am Unterlauf der speisenden Flüsse entstand, bei der folgenden Transgression jedoch ertränkt und im flachmarinen Mergel eingeschlossen wurde.

Klima

Das frühe Paläogen ähnelte klimatisch noch stark der späten Kreide. Die Temperaturen lagen, nach einem initialen Absturz auf 7°C über dem heutigen Level (vermutlich bedingt durch den Impaktwinter des Chixculub-Einschlags), zwischen 8 bis 10°C über dem heutigen Niveau. Ihren Höchststand, mit bis zu 12° Celsius erreichten die Temperaturen vor circa 55,8 Millionen Jahren an der Grenze zwischen Paläozän und Eozän. Dieses abrupte und kurz (ca. 4000 Jahre) andauernde Ereignis wird auch als Paläozän-Eozän-Temperaturmaximum (PETM) bezeichnet. Auslöser war ein Eintrag großer Mengen 13C-abgereicherter Kohlenstoffverbindungen in die Atmosphäre, vermutlich durch Vulkanismus, Methanfreisetzung aus instabilen Methanhydratlagerstätten und dem Permafrost oder kleinere Impaktereignisse.

Im folgenden Eozän stieg die Temperatur weiter, die Durchschnittswerte während diesem Eozän-Wärmeoptimum (das mit ca. 12 Millionen Jahren deutlich länger dauerte als das PETM) lag zwischen 10°C und 12°C über unserer heutigen Durchschnittstemperatur. Nach überschreiten des Wärmeoptimums sank die Temperatur das ganze Eozän hindurch kontinuierlich ab, am Ende des Eozäns lag die durchschnittliche Temperatur auf dem Festland nur noch bei 4° über dem heutigen Niveau. Diese Bedingungen begünstigten das Wachstum von Gletschern.

Den Übergang ins Oligozän markierte die Trennung von Kap Horn (Südchile und -argentinien) und Antarktischer Halbinsel, die zuvor über eine Landbrücke verbunden gewesen waren. Durch die Bildung einer zirkumantarktischen (=die Antarktis umkreisenden) Kaltwasserströmung wurde der Südkontinent thermisch von den tropischen Zonen getrennt und kühlte rasch aus. Ein weitläufiger Eisschild entwickelte sich auf der Antarktis und die globale Temperatur fiel etwa auf das heutige Niveau. Diese Temperatur blieb das gesamte Oligozän hindurch relativ konstant. Als die Antarktis am Ende des Oligozäns wieder auftaute stiegen die Temperaturen wieder um 4°C, doch dieses Optimum würde nicht lange anhalten.

Flora und Fauna

Nach dem Massenaussterben am Ende der Kreidezeit entwickelte sich zunächst eine Vielzahl an Katastrophentaxa. Die meisten unter ihnen an Land waren Vertreter der Insekten und Spinnentiere, sowie kleine Säugetiere und Vögel. Das Aussterbeereignis hatte kleine, anpassungsfähige und vielseitige Organismen, also Generalisten “bevorzugt”, während Spezialisten und Tiere mit großem Nahrungsbedarf ausstarben.

Nahezu unbeeinflusst von diesen Ereignis waren Krokodile, die größten Raubtiere der neuen Ära. Zwar waren die 12 m langen Vertreter der späten Kreidezeit ausgestorben, aber die kleineren Arten waren den nächstgrößeren überlebenden Landraubtieren meist schon um das zehnfache ihrer Körpergröße voraus. An Land waren die Krokodile allerdings wenig mobil und ihre Lebensräume waren meist an Süßgewässer gebunden, was sie nur lokal zu gefährlichen Jägern machte.

Überlebende Dinosaurier

Die ersten neuen Topprädatoren, die das sich entfaltende Ökosystem hervorbringen sollte, waren die Dinosaurier aus der Familie Maniraptora: die Vögel. Obwohl sie meist traditionell als eigene Klasse neben Säugetieren, Reptilien und Amphibien betrachtet werden, sind sie direkte Nachfahren der kleinsten, mobilsten und anspruchslosesten Allesfresser unter den späten, gefiederten Dinosauriern. Durch ihren geringen Nährstoffbedarf konnten sie den Impaktwinter am Ende der Kreide überleben, während ihre größeren Verwandten ausstarben.

In einer Welt ohne größere Konkurrenten abseits der Wasserwege eroberten sie schnell die Nahrungskette. Vor allem in Wäldern zahlte sich ihre Mobilität aus. In Ermangelung von Bedrohungen verzichteten einige Vogelarten der Galloanserae (Gänse- und Entenverwandte) auf das energieintensive Fliegen, eine Entwicklung, die auch mit längeren Beinen einherging. Große Laufvögel von bis zu 2,5 m Körperhöhe entstanden. In Europa dominierte die Gattung Gastornis, in Amerika die Gattung Diatryma. Obwohl sie optisch den neogenen Terrorvögeln, der Phorusrhacidae, ähnelten, sind die Gastornithiformes nicht mit diesen verwandt.

Beginn der Herrschaft der Säugetiere

Säugetiere waren vermutlich die primäre Beute von großen Laufvögeln und Krokodilen. Die Grundsteine ihrer Vielfalt waren schon in der Kreide gelegt worden, als sich vor 125 Millionen Jahren die ersten Beuteltiere entwickelten. Mit der K-T-Grenze waren die meisten kreidezeitlichen Säuger-Taxa jedoch ausgestorben. Welche Vertreter tatsächlich überlebten und in welcher Form sie mit heutigen Säugern verwandt sind, ist umstritten.

Unumstritten ist, dass die Multituberculata die K-T-Grenze überlebt hatten. Bei ihnen handelt es sich um nagetierähnliche Kleinsäuger, die nach dem Aussterben der größeren Arten eine Blütezeit mit zahlreichen neuen Arten erlebten und bis ins Eozän hinein ein wichtiger Teil der Nahrungskette waren.

Aus der Spätkreide bereits in ähnlicher Form bekannt entwickelten sich im frühen Paläogen erste Insektenfresser, die von den sich ebenfalls vervielfältigenden kleinen Wirbellosen profitierten. Vertreter wie Leptictidium bewegten sich vermutlich springend fort und bewohnten die dichteren Waldareale der Nordhalbkugel. Erste Paarhufer und Unpaarhufer entwickelten sich. Ob sie von ähnlich gebauten Kreide-Säugern aus der Familie Zhelestidae abstammen, ist unbekannt. Gattungen wie Propalaeotherium oder Hyracotherium waren die Vorgänger von heutigen Schweinen und Pferden. Während sich die Unpaarhufer (z. B. Pferde) schnell auf Pflanzennahrung spezialisierten, blieben die meisten Paarhufer, vor allem die frühen Schweine Omnivoren. Tatsächlich entwickelten sich einige von ihnen sogar zu reinen Fleischfressern weiter.

Obwohl es noch immer umstritten ist, geht man schon im frühen Paläozän von einer Aufspaltung innerhalb der Familie Carnivora aus. Die Vorfahren der Hundeartigen und Katzenartigen trennten sich voneinander. Taxa wie Protictis lebten einzelgängerisch oder in kleinen Rudeln auf Bäumen. Ob sie auf größere Säugetiere Jagd machten ist nicht bekannt. Von den Katzenartigen spalteten sich noch im Paläogen die Mangusten ab.

Sowohl Nagetiere, als auch Spitzhörnchen hatten die K-T-Grenze in reduzierter Artenzahl überlebt und entwickelten sich im neuen Ökosystem weiter. Im Eozän entwickelten sich die ersten Hasenartigen unter den Nagern.

Aus der Primatomorpha (den Primatenartigen) hatten einige frühe Vorfahren von Riesengleitern, Affen und Lemuren überlebt. Ihre Entwicklung fand noch bis ins Neogen hinein rein auf den Bäumen statt, außerhalb der Reichweite der meisten Krokodile und Laufvögel.

Süßwasser war für alle Säuger lebensnotwendig, für manche mehr als für andere. Unter den Laurasiatheria, zu denen auch die eingangs erwähnten Paarhufer und Unpaarhufer gehörten, gab es frühe Allesfresser, die sich im Lauf des Paläozäns auf den Fischfang spezialisierten. In ihrer Erscheinung ähnelten diese fischfressenden Säuger Wölfen, jedoch mit längeren Schnauzen und hoch gelegenen Nasenlöchern, die ihnen das Atmen bei der Wasserjagd erleichterten. Einige Vertreter dieser Gruppe, die Cetacea, passten sich schließlich in Körperform und Gliedmaßen zunehmend einer aquatischen Lebensweise an. Einige Zwischenformen dieser Entwicklung wie Ambulocetus ähnelten in ihrem Körperbau Krokodilen. Dies lässt vermuten, dass sie neben Fisch auch durch Lauerjagd Landtiere beim Trinken erbeuteten. Bis ins mittlere Eozän hatte sich die Cetacea vom Landleben gelöst und war, wie vor ihnen die inzwischen ausgestorbenen Sauropterygier, ins Meer zurückgekehrt. Hier entwickelten sie sich zu wahren Giganten weiter: Gattungen wie Basilosaurus (tatsächlich ein Wal, doch die Entdecker hielten ihn für einen Sauropterygier) erreichten eine Körperlänge von bis zu 20 m. Es handelte sich bei ihnen ausschließlich um Zahnwale, Bartenwale entwickelten sich erst deutlich später.

Die Familie der Sauropterygier war mit dem Ende der Kreidezeit vollständig ausgestorben. An ihrer Stelle gewannen die überlebenden Fischarten wieder deutlich an Größe. Besonders die Haie (Selachii) etablierten sich früh als dominante Raubfische.

Das Paläogen gehört in der stratigraphischen Einteilung der Erdgeschichte gemäß der Entwicklung der Pflanzen bereits fest zum Neophytikum. An Land dominierten nun die Blütenpflanzen mit langsam steigender Artenzahl, während die Artenvielfalt der Bärlappe, Farne und Nacktsamer (z. B. Palmfarne) tendenziell eher zurückgeht. Besonders Gräser und niedrigwachsende Pflanzen erlebten einen Entwicklungsschub, und Nadelwälder breiteten sich bis in die hohen Bergregionen aus.

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Vorherige und nachfolgende Epoche

Vorherige Epoche: Kreidezeit

Nachfolgende Epoche: Neogen

Referenzen

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Vorlesungen des 2. Semesters Bc.S.Geowissenschaften „Erdgeschichte“ und „Einführung in die Systematik“, Ludwig-Maximilian-Universität 2020.

Vorlesung des 3. Semesters Bc.S.Geowissenschaften „Exogene Dynamik“, Technische Universität München 2020/2021

Lehrveranstaltungen

P3 Erdgeschichte
WP23 Evolution und Systematik

Autor:innen

Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:

Leonard von Ehr

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