Geologische Datierung und Fossilien: Einblicke in die Erdgeschichte

Abfolge von Ereignissen

Um geologische Ereignisse chronologisch zu ordnen, kann man die Prinzipien der ursprünglichen Horizontalität und der Überlagerung von Schichten anwenden. Manchmal benötigt man jedoch einen anderen Ansatz, nämlich das Prinzip der diskordanten Schichtfolge. Nach diesem Prinzip ist jeder Prozess jünger als die Materialien und Strukturen, die er betrifft. Da es sich um ein Prinzip handelt, das die Reihenfolge bestimmt, in der sich die Ereignisse entwickeln, wird es auch als Prinzip der Abfolge von Ereignissen bezeichnet.

Eine genaue geologische Uhr

Radioaktive Isotope

Jedes chemische Element hat eine konstante Anzahl von Protonen in seinem Kern, die Ordnungszahl. Im Kern jedes Atoms gibt es auch Neutronen. Die Summe der Protonen und Neutronen ergibt die Massenzahl. Atome desselben Elements, die unterschiedliche Massenzahlen haben, nennt man Isotope. Zum Beispiel hat Wasserstoff drei Isotope: Protium, Deuterium und Tritium. Manche Isotope sind instabil und zerfallen spontan zu anderen, stabileren Isotopen. Der Übergang von einem zum anderen erfolgt unter Freisetzung von Radioaktivität. Ein weiterer wichtiger Aspekt ist, dass beim radioaktiven Zerfall Energie freigesetzt wird, sodass diese Elemente eine wichtige Wärmequelle für unseren Planeten darstellen. Das ursprüngliche radioaktive Element wird auch als Mutterelement und das entstandene stabile Element als Tochterelement bezeichnet. Die Zeit, die ein radioaktives Isotop benötigt, um seine Anzahl zu halbieren, nennt man Halbwertszeit oder Zerfallszeit.

Radiometrische Datierung

Die radiometrische Datierung ist die Berechnung des absoluten Alters anhand des Zerfalls radioaktiver Elemente. Wichtige radioaktive Isotope sind:

• Mutterelement: Kalium-40, Uran-235, Kohlenstoff-14
• Tochterelement: Argon-40, Blei-207, Stickstoff-14
• Halbwertszeit: 1300 Millionen Jahre, 713 Millionen Jahre, 5570 Jahre

Andere Datierungsmethoden

• Warvenchronologie: In Seen, die im Winter zufrieren, bilden sich jährlich zwei Sedimentschichten: eine helle im Sommer und eine dunkle im Winter. Die hellere Schicht besteht aus gröberen Materialien, die sich absetzen, wenn das Eis schmilzt. Die dunklere Schicht besteht aus sehr feinen Materialien, die im Winter in Schwebe bleiben und sich absetzen. Die Anzahl der Schichtpaare entspricht der Anzahl der Jahre, in denen sich das Sediment gebildet hat.

• Jahresringe von Korallen: Einige alte, glockenförmige Korallen bildeten täglich eine dünne Schicht aus Kalziumkarbonat. Kleine Einkerbungen markieren die Trennung zwischen den Jahren, sodass man die Anzahl der Schichten (Tage) pro Jahr zählen kann. Wenn man die Ringe der Koralle zählt, erhält man die Anzahl der Tage in diesem Jahr und damit das Alter der Koralle.

Fossilien und die Informationen, die sie liefern

Versteinerung

Ein Organismus, zum Beispiel eine Muschel, stirbt und wird von Sedimenten begraben. Die Weichteile verwesen, aber die Schale bleibt lange genug erhalten, um ihre Oberfläche im Sediment abzubilden, manchmal mit kleinen mineralogischen Veränderungen. Zum Beispiel wird der Aragonit der Schale häufig zu Kalzit. Die Schale löst sich auf und die entstandene Lücke wird durch Mineralien gefüllt, die von zirkulierendem Wasser beigetragen werden. So entsteht die äußere Form des Organismus. In anderen Fällen dringt das Sediment auch in das Innere der Schale ein und bildet eine innere Form.

Andere Versteinerungsprozesse

• Erhaltung in Bernstein: Bernstein ist fossiles Harz von Nadelbäumen. Manchmal wurden Organismen, insbesondere Insekten, im Harz eingeschlossen und so vor bakterieller Zersetzung und Fressfeinden geschützt.

• Erhaltung in Asphalt: Öl, das sich unter hohem Druck im Untergrund befindet, tritt manchmal an die Oberfläche aus. Dort entsteht nach Oxidation und Verdampfung ein Rest aus Asphalt. Tiere, die in einen solchen Asphaltsee fallen, werden konserviert, da der Asphalt die bakterielle Zersetzung verhindert.

• Einfrieren

Informationen durch Fossilien

Fossilien liefern Informationen über:

• Das Leben in der Vergangenheit
• Die Umwelt, in der das Gestein gebildet wurde
• Das Alter des Gesteins, in dem sie sich befinden

Wenn wir das Alter eines bestimmten Organismus kennen, können wir auf das Alter des Gesteins schließen, in dem es versteinert ist. Nicht alle Fossilien sind jedoch gleichermaßen nützlich für die Datierung eines Gesteins. Die besten Fossilien für die Datierung werden als Leitfossilien oder charakteristische Fossilien bezeichnet und müssen drei Eigenschaften aufweisen:

1. Sie müssen eine geologisch kurze Lebensdauer gehabt haben, um das Alter des Gesteins genau bestimmen zu können.
2. Sie müssen eine weite geografische Verbreitung gehabt haben, damit sie nicht nur von lokalem Interesse sind.
3. Sie müssen in Sedimentgesteinen reichlich vorhanden sein, damit sie häufig und nützlich sind.

Fazies

Der Begriff Fazies bezeichnet die Gesamtheit der lithologischen und paläontologischen Eigenschaften, die helfen, die Entstehung eines Gesteins zu verstehen. Wenn nur die lithologischen Eigenschaften gemeint sind, spricht man von Lithofazies, bei paläontologischen Eigenschaften von Biofazies.