Geochronologie

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Präkambrium (4,6 Mia. – 545 Mio.)

Das Präkambrium bezeichnet den mit gut 4,5 Milliarden Jahren größten Abschnitt der Erdgeschichte. Es fasst alle Äonen ab der Entstehung der Erde zusammen und endet – dem Namen entsprechend („Vor-Kambrisch“; lat. prae: „vor“) – zu Beginn des Phanerozoikums. Weiter untergliedert wird das Präkambrium in Hadaikum, Archaikum und Proterozoikum.

 

Hadaikum (4,6 – 4,0 Mia.)

Die frühe Erde im Hadaikum war ein homogener, circa 2000oC heißer Körper, dessen Oberfläche ein „Meer aus Magma“ bildete. Die flüssigen Gesteine ermöglichten eine vollständige Differenziation, infolge derer sich schwere Elemente wie Eisen und Nickel im Zentrum des durch das sogenannte „Hydrostatische Gleichgewicht“ gebildeten ballistischen Körpers sammelten, während leichte Elemente wie Lithium und Gase nach „außen“ strebten. Somit entstand die heutige Gliederung in Erdkern, -mantel und –kruste mit ihren relativen Element-Häufigkeiten. Weiterhin bildete sich die erste feste Erdkruste, die jedoch einer stetigen Wiederaufschmelzung unterlag. Deshalb sind aus dieser sogenannten „vorgeologischen Zeit“ kaum Gesteine und nur wenige Minerale wie beispielsweise Zirkon (Zr[SiO4]; Alter: 4,4 Gigajahre) erhalten. Aufsteigende Silikatdämpfe und Wasserstoffgas erzeugten eine frühe Primordialatmosphäre.

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Archaikum (4,0 – 2,5 Mia.)

Im Archaikum bilden sich die ersten Kratone, alte Kerngebiete von Kontinenten, welche seitdem keiner tektonischen Verformung unterworfen waren. Diese Präkambrischen Schilde sind heute zu großen Teilen aberodiert oder von jüngeren Gesteinen bedeckt. Am Festland entstanden Bändererze (Banded Iron Formation, kurz: BIF) aus oxidiertem Eisen; Im Wasser, das im Hadaikum durch Meteoriten-Impakte auf die Erde gelangte, lagerten sich jedoch erst vor circa 3,8 Mia. Jahren die ersten Sedimente ab. Die Atmosphäre wies einen durch die Ozeanchemie bedingten, hohen CO2-Wert auf; der Sauerstoff-Wert entsprach dem PAL (Present Atmospherical Level) von 21%. Unter diesen Bedingungen, die von Miller & Uray im „Ursuppen-Versuch“ nachempfunden wurden, entwickelten sich die ersten Lebewesen. Die derzeit anerkannte Theorie weist die schwarzen Raucher als Ursprung des Lebens aus, an denen sich hyperthermophile Bakterien anlagerten. Im späten Archaikum sammelten sich domartige, laminierte Cyanobakterien in Stromatolithen, die ihr Diversitätsmaximum vor 1,2 Milliarden Jahren besaßen und gemeinsam mit den künstlich definierten Acritarchen Leitfossilien des Archaikums darstellen.

  

Proterozoikum (2,5 Mia. – 545 Mio.)

Im Proterizoikum begann sich die Erde weitreichend zu verändern: Der Superkontinent Rodinia zerbrach vor ca. 700 Millionen Jahren in viele kleine Kontinente, die sich in Äquatornähe sammelten. Dadurch können die Niederschläge Gebiete erreichen, die sich zuvor im Regenschatten befanden, und verstärkten indirekt auch die Verdunstung. Die verstärkten Niederschläge wuschen nun CO2 aus der Atmosphäre aus, was zu einem verringerten Treibhauseffekt und globalen Abkühlung führte. Infolgedessen breiteten sich die Pol-Gletscher aus, deren hohe Albedo das energiereiche Sonnenlicht zurück in das All warf und so eine Erwärmung verhinderte. In dieser sogenannten „Snowball Earth“ („Schneeball-Erde“) lag die Jahresdurchschnittstemperatur bei -50oC, wodurch ein Großteil aller Mikroorganismen abstarb und die Erde gewissermaßen „sterilisiert“ wurde. In den folgenden Jahrmillionen kehrten sich diese Entwicklungen jedoch um: Die normale Ausgasung der Vulkane von CO2 bekräftigte den Treibhauseffekt, die tropischen Meere tauten auf und speisten den von Neuem entstehenden Wasserkreislauf. Daraus resultierende Starkregenfälle verwitterten zurückgelassenen Gesteinsschutt und schwemmten Carbonat in die Meere. Infolge des Carbonat-Höchststandes (Cap-Carbonate) und der freigewordenen Ökosysteme konnten sich mittels Adaptiver Radiation neue Lebensformen entwickeln. Im „Garten von Ediacara“ lebte neben Vendobionten und Stromatolithen (Diversitätsmaximum!) die imaginäre Klasse der „Mudscratcher“, die Bakterienmatten auf dem Meeresboden abweideten. Von diesen Lebewesen sind jedoch kaum bis gar keine Fossilien erhalten. Der durch photoautotrophe Lebewesen produzierte Sauerstoff begünstigte an Land die Ablösung der BIFs durch Red Beds. Im Zuge der Panafrikanischen Orogenese (auch: Cadomische Orogenese) gegen Ende des Proterozoikums und damit nach Rodina‘ Zerbrechen bildete sich am Ostende von Laurentia eine Landmasse, die später zu Gondwana werden sollte.

  


   

Phanerozoikum (545 Mio. – Heute)

Die Bezeichnung stammt aus dem Altgriechischen und bedeutet so viel wie „Sichtbares Leben“ (phaneros: „etwas sichtbar machen“ und zoon: „Tier“). Ab dem Phanerozoikum stieg die Zahl und Diversität der Lebewesen stark an, da sich die Lebensbedingungen auf der Erde stabilisierten. Innerhalb kurzer Zeit entwickelte sich aus wenigen einfachen Lebewesen eine große Bandbreite an verschiedensten Stämmen und Arten.

   

1. Paläozoikum (545 – 252 Mio.)

Im Paläozoikum erfolgte nach der Riffbildung und -diversifizierung im Meer die Wanderung an Land. Als sich die Pflanzen erfolgreich an Land etabliert hatten, folgten zunächst die noch von Wasser abhängigen Amphibien, später die Reptilien nach. Es endet mit einem riesigen Massensterben, bei dem über 90% aller Arten ausstarben.

   

Kambrium (545 – 495 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Das Kambrium war eine Experimentierphase der Evolution, in welcher sich alle der heute anerkannten 40-50 Tierstämme herausbildeten. Neben dieser ‚Kambrischen Explosion‘ diversifizierte sich auch die Räuber-Beute-Beziehung, die ein regelrechtes Wettrüsten der Lebewesen hervorrief (Trophische Eskalation).

Meeresspiegel: Durchgehender Anstieg (Transgression)

Temperatur: Hoch („Greenhouse-Zeit“)

Atmosphäre: PAL, CO2-Gehalt 18-mal höher als heute

Leitfossilien: Trilobiten, Conodonten, Archaea, Mikrobe Renalcis

Paläogeographie: Kontinente in Äquatorialebene: Laurentia, Gondwana, Sibiria, Baltica. Der Iapetus-Ozean befand sich zwischen beiden erstgenannten, der Ural-Ozean zwischen letztgenannten Kontinenten.

   

Ordovizium (495 – 443 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Im Great Ordovician Biodiversification Event (GOBE) fand eine massive Radiation des Lebens statt. In dieser Zeit wurde das im Kambrium angelegte System weiter verfeinert, indem sich das Leben den entsprechenden ökologischen Nischen anpasste. Wegen des Temperatursturzes gegen Ende des Ordoviziums starb jedoch ein großer Teil der entstandenen Arten wieder aus.

Meeresspiegel: Wechsel zwischen Anstieg und Rückgang

Temperatur: Hoch; am Ende jedoch eine kurze, heftige Vereisung

Atmosphäre: PAL, hoher CO2-Wert

Leitfossilien: Trilobiten, Graptolithen (Kiemenlochtiere), Gastropoden (Schnecken), Nautiliden, Stromatoporen als Nachfolger der Stromatolithen

Paläogeographie: Avalonia erhebt sich am Südrand Laurentias aus dem Meer. Der Südpol wird kontinental, da Gondwana nach Süden wandert In der Folgezeit kommt es auf dem Superkontinent und den perigondwanischen Terranen an dessen Ostende zu massiven Vereisungen.

 

Silur (443 – 419 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Im Silur fand der erste Schritt der Wanderung an Land statt: Erste Pflanzen bildeten Epidermis, Stützgewebe und Cuticula zum Schutz vor Austrocknung aus. Zu den frühesten dieser pflanzen gehören die Psilophyten (Nacktfarne). Dieser neue Bewuchs an Land hatte eine Sedimentationsänderung durch erhöhten O2-Gehalt und Bodenbildung durch organisches Material zur Folge.

Meeresspiegel: Anfangs starker Rückgang (Regression) auf Flachmeere von 175-200 m Tiefe, danach Normalisierung

Temperatur: Hoch

Atmosphäre: PAL, steigender O2-Anteil

Leitfossilien: Crinoiden (Seelilien), Tabulata (Kalkschwämme), Conodonten, Graptolithen, Eurypteriden (Seeskorpione), Brachiopoden (Armfüßer), Nautiliden, Stromatoporen, Gnathostomen (Kieferlose)

Paläogeographie: Schließung des Tornquist-Ozeans zwischen Avalonia und Baltica und Entstehung von Laurussia, des Old Red Continent (ORC), im Zuge der Kaledonischen Orogenese. Schließung des Iapetus-Ozeans unter Bildung des „Iapetus-Suturs“.

 

Devon (419 – 359 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Transgression und hohe Temperaturen ermöglichte dem Leben im Meer eine Blütephase: Im sogenannten „Emsium“ im Unterdevon ist die größte Riffverbreitung festzustellen, während das Devon selbst als „Zeitalter der Fische“ bezeichnet werden kann. Die Knochen- bzw. Strahlenfische erwiesen sich als ausgesprochen aussterberesistent und existieren bis heute weiter. Indessen erfolgt an Land der zweite Schritt: Einige Fische mit spezifizierten Bauchflossen wie Tiktaalik – einem Verwandten des Quastenflossers – konnten kurzzeitig an Land leben. Als Folge des starken Räuberdruck im Wasser gegen Ende des Devons fand eine starke Terrestrialisierung und Infaunalisierung des Landes statt. Diesen Entwicklungen entsprang beispielsweise Ichtyostega, ein primitives Amphib.

Meeresspiegel: Transgression

Temperatur: Hoch, leichte Abkühlung am Ende

Atmosphäre: PAL, sinkender CO2-Anteil

Leitfossilien (v.A. im Hunsrück-Schiefer): Artikulate Brachiopoden, Crinoiden, Stromatoporen, Tabulata, Rugosen (Runzelkorallen), Orthoceren, Ammonoiden

Panzer- und Knorpelfische, später Knochen- und Strahlenfische

Paläogeographie: Gondwana wandert Richtung Nordosten; Erosion von Laurussia und Sedimentation an dessen Südrand: Old-Red-Fazies (terrestrisch), Rheinische Fazies (Sandstein/Kalke), Herzynische Fazies (Ton-/Kalkstein)

 

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Karbon (359 – 299 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Das Karbon wird unterteilt in Missisippium (Unterkarbon) und Pennsylvanium (Oberkarbon). In den Subvariszischen Saumsenken des aufsteigenden Gebirges konnten sich in regelmäßigen Zyklen marine Sedimente ablagern, auf denen während  einer regressiven Phase Pflanzen und Bäume wie Gymnospermen (Nacktsamer), Cordaitales und Koniferen. Diese Pflanzen legten Kohlenstoffdioxid in ihren Zellen fest und senkten so den CO2-Gehalt in der Atmosphäre. Während einer Transgression wurden die Landpflanzen wieder überschwemmt, starben ab und wurden wiederum unter marinen Sedimenten begraben. In dieser Paralyschen Fazies konnte sich auf lange Sicht Kohle bilden, welche diesem System ihren Namen einbrachte. Weiterhin änderte sich der Schalenaufbau der Meeresbewohner. Während bis zum Devon noch hohe Spreadingraten vorherrschten und demnach viel Carbonat aus dem Gestein ausgelöst und in Schalen eingebaut werden konnte, fand von Karbon bis in den mittleren Jura kaum Spreading statt. Das Magnesium konnte nicht mehr festgelegt werden, sodass die Schalenträger gezwungen waren, Aragonit anstatt Kalk zu produzieren.

Meeresspiegel: Wechsel zwischen Trans- und Regression, abhängig von Glazioeustatischen Zyklen (Milankovic)

Temperatur: Niedrig

Atmosphäre: O2-Wert hoch, CO2-Wert niedrig

Leitfossilien: Bryozoen (Moostierchen), Spinctozoen, Conodonten, Foraminiferen (Protisten), Säugerähnliche Tiere

Paläogeographie: Entstehung von Pangäa aus ORC und Gondwana im Zuge der Variszischen Orogenese unter Schließung des Rhea-Ozeans. Aufwerfung von Sedimenten aus dem Devon:

N         Rhenoherzynikum (Südengland, Portugal, Rheinische Masse)

 I         Saarthuringikum (Sudeten, Erzgebirge, Frankenwald, Spessart)

S         Moldanubikum (Böhmische Masse, Schwarzwald)

 

Perm (299 – 252 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Bedingt durch die lange andauernde Permokarbonische Vereisung waren die meisten Lebewesen der Hyperkapnie am Ende des Perms nicht gewachsen. Durch die hohen Temperaturen sank die Sauerstoff-Löslichkeit stark ab, gleichzeitig stieg die CO2-Konzentration in der Atmosphäre rapide an und versauerte die Meere. Als Konsequenz starben 90% aller Lebewesen aus, vor allem die sessilen Filtrierer wie Tabulata und Rugosa litten unter Kalklösung und Sauerstoffmangel („Reef Gap“). Übrig blieb ein „Disaster-Reef“ aus Stromatolithen.

Meeresspiegel: Regression

Temperatur: Niedrig, am Ende hoch

Atmosphäre: Hoher CO2-Gehalt

Leitfossilien: Bivalvia (Muscheln), Gastropoden, Brachiopoden

Paläogeographie: Flächenzunahme Pangäas durch Meeresspiegelabfall

 

2. Mesozoikum (252 – 65 Mio.)

Das dem Namen nach ‚Mittlere Zeitalter‘ ist gemeinhin als „Zeitalter der Dinosaurier“ bekannt und gliedert sich in Trias, Jura und Kreide auf.

  

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Trias (252 – 200 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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In der Trias dominieren Reptilien, während Amphibien (seit P/T) und Säugetiere nur eine untergeordnete Rolle spielen. Der weltumspannende Ozean Panthalassa wird langsam kleiner und zum Pazifik umbenannt. Das Tethys-Meer war von Pangäa umschlossen, welches allerdings immer weiter auseinanderbrach und am Ende der Trias ein Massensterben einläutete. Grund hierfür war vermutlich eine erhöhte tektonische und vulkanische Aktivität, die die Ozeane versauern ließen.

Meeresspiegel: Weder ausgeprägte Trans- noch Regression

Temperatur: Wechselhaft

Leitfossilien: Tetrapoden (Therapsida), Pterosauria, Lystrosaurier, Conodonten, Thecodontia (ab Obertrias Dinosaurier)

Paläogeographie: Langsames Aufbrechen von Pangäa

Sedimentation: Das im Perm gebildete Germanische Becken wird nach und nach mit Sedimenten der Germanischen Trias gefüllt: In der Unter-Trias lagerte sich an Playas und gefächerten Flusssystemen Buntsandstein ab. In der Mittel-Trias dringt das Meer zyklisch durch die Oberschlesische und Ostkarpatische Pforte in das Becken ein, wodurch sich Muschelkalk und Zechstein bilden konnten. In der Ober-Trias (Keuper) herrschten Klastische Sedimente und Evaporite vor.

 

Jura (200 – 145 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Der Jura wird in drei Untereinheiten geteilt: Lias, Dogger und Malm. Stratigraphisch entsprechen diese Abschnitte in etwa dem Schwarzen, Braunen und Weißen Jura. In der Tierwelt ist ein ausgeprägter Riesenwuchs vor allem der Sauropoden zu beobachten. Erste Übergangslebewesen (‚Missing Link‘) wie beispielsweise Archaeopterix treten auf.

Meeresspiegel: Transgression, am Ende Regression unter Bildung ausgedehnter Epikontinentalmeere

Temperatur: Niedrig, geringer Gradient von den Polen zum Äquator

Leitfossilien: Radiolarien, Aves (Vögel), Therapoden, Sauropoden, Bivalvia, Ammonoides, Cephalopoden, Saurischia, Ornithischia, Osteichtyes (Knochenfische), Ichtyosauria, Pterosauria, Sekundär aquatisch angepasste Tiere, kleine Säugetiere

Paläogeographie: Endgültiges Aufbrechen Pangäas, Trennung von Nordamerika und Afrika duch langsame Öffnung des Proto-Atlantiks

Sedimentation: Die stratigraphische Bezeichnung entspricht der Farbe der entsprechenden Schicht: Der Schwarze Jura besteht aus dunklen, bituminösen Schiefern, der Braune Jura aus dunklen Tonen und Mergeln. Im Weißen Jura wurden hauptsächlich Riffkalke und helle Mergel abgelagert.

 

Kreide (145 – 65 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Die Kreide war eine Zeit der Umbrüche: Die Adriatische Platte prallte unter Auftürmen der Alpen, Karpaten und Pyrinäen auf den europäischen Teil der Eurasischen Platte. Das nördliche Alpenvorland verdankt seine Deckengliederung der Wucht eben dieser Alpidischen Orogenese. Gleichzeitig lagerten sich synchrone Sedimente nördlich und südlich der Hebungszone ab. Kreidezeitliche Sedimente sind heutzutage nur noch in Norddeutschland sowie im Allgäu aufgeschlossen, wo sie bis zu 800 m mächtige Kalk- und Mergelbänke bilden. Am Ende der Kreide vor 65 Millionen Jahren stürzte der weltberühmte Asteroiden-Einschlag (K/T-Impakt) ins Meer. Der Krater samt „Schockwellen“ im Gestein kann heute auf der Halbinsel Yucatán besucht werden. Die Wucht des Aufpralls brachte das Gleichgewicht der Erde nachhaltig durcheinander, aufgewirbelte Partikel und Gesteinsbruchstücke wurden in die Atmosphäre geschleudert und verdunkelten dort die Sonne. Doch die Gravitation bewirkte, dass die Bruchstücke bald wieder als Feuerbälle zurückfielen  und zerstörten, was nach Pyroklastischer Welle und riesigen Tsunamis noch übrig war. Die Hälfte aller Lebewesen kam dabei oder in der Folgezeit durch Nahrungsknappheit und Kälte um.

Meeresspiegel: Transgression (Höchststand!)

Temperatur: Hoch, Tiefenwassertemperatur 16oC (Heute: 4oC)

Leitfossilien: Cephalopoden, Belemniten, Crinoiden, Bivalvia, Rudisten, Palmfarne, Ginko, Nadelbäume, Blütepflanzen

Paläogeographie: Großkontinente zerbröckeln weiter und verteilen sich auf der Erde, Indien driftet nach Zentralasien

Sedimentation: Ablagerung der brackisch-limnischen Wealden-Fazies mit Kohlen in der Unterkreide. In der Oberkreide bildeten sich im von Wasser bedeckten Europa die namensgebenden Kreiden (Cocolithophorida).

Alpiner_Gebirgsgürtel

Wirkungsstätten der Alpidischen Orogenese

 

3. Känozoikum (65 Mio. – Heute)

Das Känozoikum wird auch als Erdneuzeit bezeichnet und dauert bis heute an. Es unterteilt sich in das mittlerweile als veralteter Begriff geltende „Tertiär“, bestehend aus Paläogen und Neogen, und das Quartär, in welchem wir heute noch leben. Die Temperatur war durchweg niedrig, wohingegen sie in jüngerer Vergangenheit relativ stark oszilliert und im Schnitt steigt. Durch die starken Vereisungen sowohl an den Polen, als auch in Gebirgsgletschern und die Temperatur-Reduktion von Wasser sank der Meeresspiegel auf einen Tiefstwert (Last Glacial Maximum [LGM], abhängig von Milankovic-Zyklen). Weiterhin hatte die Alpidische Orogenese hier ihren Höhepunkt und trennt das Kaspische und Schwarze Meer von Para-Tethys ab. Dies geschieht samt sowohl synorogenen Flyschablagerungen, als auch postorogenen Molassebildungen. Als Leitfossilien gelten nach wie vor Foraminiferen, Muscheln und Schnecken. An  Land diversifizierte sich die moderne Flora und Fauna samt der „Alte-Welt-Säugetiere“, die sich über Landbrücken wie den Isthmus von Panama ausbreiten konnten. In der Vegetation nahm die Artenvielfalt der nun global auftretenden Blütepflanzen stark zu.

  

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Paläogen (65 – 23,03 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Das System Paläogen fasst die Serien Paläozän, Eozän und Oligozän zusammen. Im Eozän war die heute geöffnete Beringstraße noch geschlossen, was eine Wanderoute für Lebewesen eröffnete. Im Oligozän schließlich entwickelte sich der für das Weltklima so wichtige Circumantarktische Strom, welcher den Wärmeaustausch mit dem Süden unmöglich machte. Erst durch diesen „Kältering“ um die Antarktis herum konnten sich mächtige Polkappen ausbilden.

   

Neogen (23,03 – 2,588 Mio.)

Quelle: www.scotese.com

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Das System Neogen fasst die Serien Miozän und Pliozän zusammen. Im Mittleren Miozän (14 Mio.) entsprach die Geographie schon nahezu dem heutigen Stand. Die Entstehung von Landbrücken verhinderte jedoch die Ausbildung einer globalen Zirkulation und begünstigte eine weltweite Abkühlung. Durch die Schließung der Landbrücken bei Gibraltar und dem heutigen Suez-Kanal trocknete das Mittelmeer und Abscheidung von Zechstein (Eindampfungsfolgen) mehrmals vollständig aus.

   

Quartär (2,588 – Heute)

Quartär

Quelle: www.scotese.com

Das System Quartär fasst die Serien Pleistozän und Holozän zusammen. Diese Phase war geprägt von starken Wechseln von Kalr- und Warmzeiten, so folgte auf eine Kälteperiode immer eine Warmphase und erneute Abkühlung. Dies führte zu großflächigen Vereisungen und den großen Eiszeiten Günz, Mindel, Riß und Würm. Auch Flora und Fauna passten sich den entsprechenden klimatischen Bedingungen an, sodass in Warmzeiten Nilpferde weideten, wo in den Eiszeiten noch Mammuts lebten. Pleistozäne Refugien weltweit wie beispielsweise das Great Barrier Reef unterlagen diesen Schwankungen und bauten sich nach deren zyklischer Zerstörung wieder auf. Erstmals traten im Quartär auch Hominiden – die Vorfahren der heutigen Menschen – auf. Im Pleistocene Extinction Event, welches maßgeblich vom Menschen initiiert und beschleunigt wurde und erstmals dessen großen Einfluss aufzeigte, starben viele Vertreter der Megafauna wie Mammut, Säbelzahntiger und Mastodon infolge des starken Prädationsdrucks aus. Im Paläogen und Neogen stach keine dominierende Tierart in Ressourcenherstellung und –verbrauch hervor, ab dem Quartär jedoch besetzt der Mensch mit großem Abstand diese Position (Überreste industriell hergestellter, sog. Techno-Fossils).

 

 

Große Aussterbeereignisse:

Präkambrium (99% aller Arten): „Große Sauerstoffkatastrophe“: Vergiftung der meisten anaeroben Bakterien mit Sauerstoff.

End-Kambrium (80%): Klimawandel oder Meeresspiegelschwankungen als Auslöser

End-Ordovizium (50%): Temperatursturz

End-Devon (50%): Starke Abkühlung als Vorreiter der Permokarbonischen Vereisung

End-Perm (Meer: 95%, Land: 66%): Hyperkapnie

End-Trias (50-80%): Auseinanderbrechen von Pangäa

End-Kreide (50%):  K/T-Impakt und massiver Vulkanismus

 


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Christoph Faist

Studiert seit 2015 am gemeinsamen Geozentrum von LMU und TU in München.

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