Paläozoikum

Stratigraphische Tabelle des Paläozoikums

Das Paläozoikum, auch Erdaltertum genannt, ist das erste von drei Ärathemen im Phanerozoikum.

Es begann mit dem Aufstieg des sichtbaren Lebens vor 541 Millionen Jahren und endete mit dem gravierendsten Aussterbeereignis der belebten Urgeschichte, der P-T-Krise, vor 251,9 Millionen Jahren.

Der Name Paläozoikum leitet sich von den griechischen Begriffen „palaeos“ oder „palaios“, was „alt“ bedeutet, und „zoon“, was „Tier“ oder „Lebewesen“ bedeutet ab. Das Paläozoikum ist dementsprechend die Ältere Ära der Tiere.

Das Paläozoikum teilt sich in sechs Perioden, jede von der anderen durch ein großes Aussterbeereignis oder eine signifikante Umweltveränderung getrennt. In chronologischer Reihenfolge heißen diese Perioden: Kambrium, Ordovizium, Silur, Devon, Karbon und Perm.

Mit einer Dauer von 289,1 Millionen Jahren macht das Paläozoikum mehr als die Hälfte der belebten Erdgeschichte aus. Es ist das längste der drei phanerozoischen Äratheme. Dennoch sind Sedimente aus dieser Zeit häufig von jüngeren Gesteinen überlagert, was die Erforschung des Paläozoikums nur an vereinzelten Stellen der Erde überhaupt möglich macht.

Geologie

Im Paläozoikum veränderte sich das Aussehen der Erde stark. Zu Beginn des Kambriums gab es vier große Kontinente um den Äquator und auf der Südhalbkugel, sowie zwei Kleinkontinente auf der Nordhalbkugel. Am Ende des Perms bildeten all diese Landmassen den gemeinsamen Superkontinent Pangäa. Dies geschah durch die Prozesse der Plattentektonik, dem Bewegungsverhalten der Erdkrusten-Fragmente auf dem plastischen, von Strömungen durchzogenen Erdmantel.

Zu Beginn des Paläozoikums war der größte Kontinent Gondwana, der auf dem Äquator über dem 180° Längengrad lag. Auf dem Nullmeridian, der anderen Seite der Erde, lag der Kontinent Sibiria, westlich davon Laurentia und südlich davon der Kontinent Baltika. Während des Kambriums und Ordoviziums wurde der pazifische Ozean auf der Nordhalbkugel immer breiter, was die Kontinente, speziell Gondwana nach Süden verschob und dadurch die Distanz zwischen Gondwana und dem südlichsten der drei kleineren Kontinente, Baltika, verringerte. Die Subduktion des Tornquist-Ozeans, der beide trennte, führte zur Bildung von langen Vulkanketten auf Baltika und Gondwana, dem sogenannten Cadomischen Orogen.

Allerdings endete die Subduktion des Tornquist, bevor die Kontinente verschmelzen konnten. Stattdessen wurde Baltika jetzt nordwärts gedrückt. Im Silur erreichte Baltika den Äquator, gerade rechtzeitig, um mit dem ostwärts wandernden Laurentia zu kollidieren. Die Verschmelzung beider Kontinente im Devon ließ den Iapetos-Ozean zwischen ihnen verschwinden und faltete das Kaledonische Orogen auf, dessen Überreste heute noch im skandinavischen Grundgebirge, den schottischen Highlands und dem nördlichen Appalachengebirge in den Vereinigten Staaten zu sehen sind.

Im Devon begann jedoch noch eine weitere Gebirgsbildung. Gondwana hatte inzwischen den Südpol passiert und bewegte sich jetzt von Süden her auf das Fusionsprodukt von Baltika und Laurentia, welches Laurussia genannt wird, zu. Der Ozean zwischen Laurussia und Gondwana wurde zweimal subduziert, zuerst wurde der sog. Rheische Ozean von einem vorgelagerten Kontinentfragment Gondwanas, dem Hun-Superterran, das nordwärts wanderte und mit Laurussia verschmolz, subduziert, und das Paläotethys-Meer, dass sich südlich des Hun-Superterrans öffnete, wurde direkt in der Folge von Gondwana überlagert.

Am Ende des Karbons, bis in die beginnende Permzeit hinein kollidierte der Nordwesten Gondwanas mit dem Südwesten Laurussias, wodurch sich das Variszische Orogen auffaltete. Vom Variszischen Gebirge ist heute nicht mehr viel erhalten: In Europa ist es stark verwittert und durch die Alpenbildung überprägt, in der Oberpfalz bis nach Böhmen und Polen gibt es jedoch noch immer stark verfaltete Gneisse und Granite, die von diesem Ereignis zeugen. In den Vereinigten Staaten gibt es die südliche Appalachenkette und die Blue Ridge Mountains, die aus dieser Zeit stammen.

Das größte noch aus dem Perm stammende Gebirge, ist der Ural, der entstand, als der letzte freie Kontinent, Sibiria, gegen Ende des Perms mit dem Superkontinent im Süden kollidierte. Dieser trug ab dem Perm den Namen Pangäa (vom griechischen „pan“ = „ganz, alles“ und „gaia“ = „Erde, Festland“). Eingeklemmt zwischen dem ehemaligen Laurussia und Gondwana lag das jetzt keilförmige Paläotethys-Meer, außen herum um den einzigen Kontinent der Erde lag der jetzt als Panthalassa-Meer (vom griechischen „pan“ und „thalassos“ = „Meer, Ozean“) bezeichnete Pazifik.

Klima

Während des Paläozoikums gab es drei bedeutende Warmzeiten und zwei bedeutende Kaltzeiten. Wärme-Peaks wurden im Ordovizium, Devon und späten Perm erreicht, während die kältesten Temperaturen im Lauf des Silurs und Oberkarbons auftraten.

Bis ins Karbon hinein stieg der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre kontinuierlich an, was sich mit dem ersten Auftreten und der Entwicklung der Landpflanzen weiter verstärkte. Ab dem Karbon war die Atmosphäre sauerstoffübersättigt, was Feuer begünstigte und in einem Kollaps der Regenwälder endete. Der Sauerstoffgehalt sank in der Folge auf das heutige Niveau und stieg während dem Paläozoikum nicht mehr an.

Gleichzeitig nahm die Konzentration an CO2 in der Atmosphäre kontinuierlich ab, von einem anfänglichen 12-fachen auf das etwa 3- bis 5-fache der heutigen Menge, mit vereinzelten Peaks um große vulkanische Ereignisse herum.

Flora und Fauna

Das Paläozoikum war von zwei bedeutenden Faunengruppen besiedelt, der Kambrischen Fauna und der Paläozoischen Fauna (s. Sepkoski-Faunen). Obwohl sich die beiden Faunen nicht strikt voneinander unterscheiden lassen, sind gewisse Trends in der Entwicklung ihrer Diversität zu erkennen.

Das Kambrium, die erste Periode des Paläozoikums, begann mit der raschen Entwicklung der Tiere wie wir sie kennen (Metazoa). Oft wird das Kambrium als “Experimentierphase” der Evolution bezeichnet, da sich die primitiven Metazoen in sehr viele voneinander unterschiedliche Körperbaupläne weiterentwickelten, von denen viele in späteren Aussterbeereignissen verschwanden und wir entsprechend keine rezenten Tiere mit diesen Bauplänen kennen. Ein Bauplan, der sich hingegen seit dem Kambrium durchgesetzt hat, ist der der Gliederfüßer, auch Arthropoden genannt. Arthropoden sind Wirbellose mit einem festen, widerstandsfähigen Exoskelett und segmentierten Beinen. Die Arthropoden stellten die ersten großen Raubtiere der Erdgeschichte und daneben, mit den Trilobiten, auch die ersten Universaltalente, was das Besiedeln vieler Lebensräume angeht. Gleichzeitig entwickelten sich Wirbeltiere, die jedoch kleiner und deutlich fragiler gebaut waren als die räuberischen Gliederfüßer.

Mit einem Aussterbeereignis am Ende des Kambriums war diese frühe, sehr diverse und sehr fremdartig anmutende Fauna allerdings dem Untergang geweiht. Nur die Überlebenden des kambro-ordovizischen Massenaussterbens konnten neue Arten hervorbringen. Diese waren meist anpassungsfähiger, besser geschützt und raffinierter in der Nahrungsbeschaffung als viele Arten mit den diversen ursprünglich kambrischen Baupläne.

Ab dem Ende des Kambriums nahm die Artenvielfalt der ursprünglichen Kambrische Fauna mehr und mehr ab, bis am Ende des Perms mit dem Aussterben der letzten Trilobiten ihr gesamter, experimenteller Formenreichtum aus dem Tierreich getilgt war.

Die wenigen Baupläne, die nach dem kambro-ordovizische Massenaussterben weiter existierten und sich weiter differenzierten bildeten die Grundlage der paläozoischen Fauna. Die paläozoische Fauna wurde zunächst von Glieder- und Kopffüßern dominiert. Aber schon im Devon entwickelten sich unter den Fischen neue Top-Prädatoren. Mit der Entwicklung von großen Raub- und Panzerfischen waren die Nautiloideen und Seeskorpione endgültig von der Spitze der Nahrungskette verdrängt und die Wirbeltiere gewannen im Meer an Einfluss. Das Land gehörte jedoch noch den Gliederfüßern, die im Silur den Sprung an Land gewagt hatten, nachdem es im Ordovizium schon den Pflanzen und Pilzen gelungen war, sich in dem lebensfeindlicheren Milieu über der Wasseroberfläche durchzusetzen.

Mit Ende des Devons wurde ihnen aber auch dieses Habitat von den ersten Amphibien, die sich aus trockenresistenten Süßwasserfischen, den Sarcopterygia, entwickelt hatten, streitig gemacht.

Im Karbon kam es durch den hohen Sauerstoffgehalt zu vereinzelten Formen von Riesenwuchs bei den Insekten an Land, doch auch die landlebenden Wirbeltiere wurden jetzt zunehmend größer. Um sich weiter vom Süßwasser loszulösen entwickelten die ersten Reptilien trockenresistente Eier, was ihnen erlaubte, die Eier auch an Land oder unter der Erde abzulegen, was das für das Gelege auszutrocknen oder von Nesträubern vernichtet zu werden deutlich reduzierte.

Der sog. „Carboniferous Rainforest Collapse“, ein Ereignis in der späten Karbonzeit, bei dem die bestehenden Regenwälder des Karbons großflächig abbrannten, verwandelte weite Teile von Pangäa in eine Wüste (Desertifikation). Die Reptilien waren die Tiergruppe, die mit dieser Umweltveränderungen am besten zurecht kamen und daher durch eine rasche Entwicklung die Spitze der Nahrungskette für sich beanspruchen konnten. Es entwickelten sich Anapsiden und Synapsiden, letztere stellten die Vorfahren der ersten Säugetiere dar. Im Zuge der Perm-Trias-Krise am Ende des Permzeitalters starben jedoch sämtliche größeren Vertreter der Syn- und Anapsiden, sowie die letzten “Missing Links” zwischen modernen Reptilien und Säugern aus.

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Referenzen

F. W. Welter-Schultes & R. Krätzner: Die Erdzeitalter, Helmut Lingen Verlag GmbH, Köln 2020

Hans Murawski, Wilhelm Meyer: Geologisches Wörterbuch. Spektrum, Heidelberg 2004, ISBN 978-3-8274-1445-8.

Tim Haines, Paul Chambers: The complete guide to prehistoric life, Firefly Books, Richmond Hill, Ontario 2010, ISBN 978-1-55407-181-4

Lehrveranstaltungen

P3 Erdgeschichte WP23 Evolution und Systematik

Autor:innen

Dieser Artikel wurde geschrieben und gegengelesen von:

Leonard von Ehr

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