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Fossilien - Versteinerungen



Hinter der Frage: Was sind Fossilien? steht mehr als nur eine Antwort. Fossilien als die steineren Zeugen von Pflanzen und Tieren ermöglichen einen Einblick in die Vergangenheit der Erdgeschichte. So unterschiedlich wie die Fossilien selbst ist auch deren Entstehung, die Einteilung und die Bedeutung für die Wissenschaft.



Inhaltsverzeichnis Fossilien


Kupferschiefer-Hering /Fundort: Röhringschacht Wettelrode bei Sangerhausen

Definition Fossil

Der Begriff Fossil wurde erstmals im Jahr 1546 von Georgius Agricola (1494 bis 1555), einem Mineralogen und Geologen, in seinem Werk "De natura fossilium" erwähnt.

Der Name Fossil wiederum ist lateinischen Ursprungs, wobei die Vokabel fossilare mit „ausgraben“ übersetzt wird und darauf anspielt, dass man Fossilien oft erst von Gesteinsschichten befreien muss, um an sie zu gelangen.

Allerdings war der Begriff Fossil zu Agricolas Zeiten weit gefasst, sodass alle Materialien, die ausgegraben wurden, als Fossil bezeichnet wurden: Pflanzenteile wie Wurzeln, Mineralien, Gesteine oder Fossilien im Sinne von Versteinerungen.

Fossilien sind der heutigen Definition zufolge zu Stein gewordene Abdrücke, Körper, Körperteile, Spuren oder Exkremente von Tieren und Pflanzen, die einen Einblick in die längst ausgestorbene Flora und Fauna der Urzeit ermöglichen.

Entscheidend für die Definition Fossil ist zudem das Alter der Versteinerungen. Lediglich Fossilien, die älter als 10.000 Jahre sind, werden als Fossil definiert.


Fossilien: Ammoniten


Petrefakt

Eine ältere, heute nicht mehr geläufige Bezeichnung für Fossilien ist Petrefakt; wobei die Bedeutung des lateinisch-griechischen Kunstworts „zu Stein gemacht“ entspricht.


Lebende Fossilien

Neben echten Fossilien, die als Versteinerung zeigen, welche Tiere und Pflanzen vor Jahrtausenden oder Jahrmillionen lebten, gibt es lebende Fossilien., rezente Fossilien

Die Bezeichnung lebendes Fossil wurde von Charles Darwin (1809 bis 1882, englischer Naturforscher) geprägt.

Im Gegensatz zu ausgestorbenen Fossilien haben sich lebende Fossilien innerhalb der letzten Jahrtausende nicht oder nicht viel geändert, sodas am Körperbau bzw. Aufbau der Pflanzen keine oder nur geringfügige Veränderungen festzustellen sind.
Lebende Fossilien existieren sowohl im Tier- wie auch Pflanzenreich.

Einteilung von Fossilien

Fossilien treten in vielfältigen Formen auf. So kennt man Steinkerne, Einschlüsse (wie z.B. in Bernsteinen), Inkohlungen, Koprolithe (versteinerte Exkremente), Abdrücke (sog. Spurenfossilien, Fußspuren, Bewegungsspuren, Grabgänge) und Körperfossilien (Skelette, Körper, Körperteile, Pflanzenteile). Dabei ist es gleich, ob es sich um Versteinerungen tierischen, menschlichen oder pflanzlichen Ursprungs handelt.

Die wichtigste Voraussetzung für die Fossilisation ist, dass die Verwesung bzw. Zersetzung unter Sauerstoffeinfluss unterbunden wird.
Die entsprechenden Bedingungen finden sich in sauerstoffarmen Bereichen (z.B. mächtige Sand- oder Tonlagen) oder im Zuge der Sedimentation, bei der es aufgrund der kontinuierlichen Zufuhr an neuen Lockermaterialien zu einem Sauerstoffabschluß kommt.

Ebenso dürfen die Muttergesteine der Fossilien keiner großen thermischen Belastung oder hohen Druckverhältnissen ausgesetzt wurden sein, sodass Fossilien vor allem in Sedimentgesteinen wie Kalkstein und Sandstein oder aber Schiefer vorkommen.


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Leitfossilien - Orthostratigraphen

Leitfossilien sind Fossilien, die eine ungefähre Altersbestimmung ohne Zuhilfenahme von technischen Materialien ermöglichen.
Tatsächlich ist es so, dass zu bestimmten Zeitpunkten der Erdgeschichte - als das Bild der Kontinente noch nicht dem entsprach, wie es heute ist - urzeitliche Pflanzen und Lebewesen die Erde bevölkerten. Nach ihrem Ableben wurde ein Teil fossilisiert und konnte im Extremfall nicht weiter existieren, galt als ausgestorben.
Solche für bestimmte Epochen der Vorzeit prägende Pflanzen und Tiere werden Leitfossilien genannt.

Den Status Leitfossil erhält allerdings nicht automatisch jedes Fossil. Lediglich Fossilien, die in ausreichender Populationsgröße vorkommen, bestimmte Merkmale aufweisen und innerhalb einer bestimmten Zeitspanne, sich von anderen Fossilien abgrenzenden Zeit lebten, und deren Vorkommen nicht auf einen einzigen Fundort beschränkt sind, erfüllen die Kriterien eines Leitfossils. So gegeben unter anderem bei Ammoniten, die für das Kambrium typisch waren, oder Ammoniten, die die Zeit des Devon und der Kreide repräsentieren.


Altersbestimmung von Fossilien

Während über Leitfossilien eine grobe Bestimmung des Alters von Fossilien möglich ist, können technisch basierte Methoden genauere Altersangaben liefern.
In diesem Zusammenhang wird vor allem auf die Radiokarbonmethode sowie Kalium-Argon-Methode zurückgegriffen.


Radiokarbonmethode

Die Radiokarbonmethode alias C14-Datierung wurde 1946 von dem Chemiker und Physiker Willard Frank Libby (1908 bis 1980) erfunden und stützt sich auf den Kohlenstoffgehalt (carbon, engl. = Kohlenstoff) der Fossilien.

Zu Lebzeiten stehen Pflanzen und Organismen im stetigen Austausch mit Kohlenstoff, der über die Atmung und Stoffwechselvorgänge eingebaut und wieder abgegeben wird.

Nach dem Ableben bleibt der im Organismus und in Pflanzen gespeicherte Kohlenstoff erhalten, wenngleich der Kohlenstoff der Zerfallsreihe zersetzt wird, wobei die Halbwertszeit von Kohlenstoff 5730 Jahre beträgt, d.h. nach 5730 Jahren ist nur noch die Hälfte des ursprünglichen Kohlenstoffgehalts vorhanden.

Anhand des Anteils an Kohlenstoff in Fossilien, der über Geigerzähler oder die Beschleunigungsmassenspektrometrie gemessen wird, kann eine Aussage über das Alter erfolgen.

Dennoch sind diesem Verfahren Grenzen gesetzt: ist das Präparat älter als 50.000 bis 60.000 Jahre, ist die Bestimmung via 14C-Methode nicht mehr möglich.


Kalium-Argon-Methode

Für noch ältere Fossilien ist die Kalium-Argon-Methode geeignet.
Gegenstand der Untersuchung ist der radioaktive Zerfall von Kalium-40 im Verhältnis zu Argon-40.

Die Herangehensweise ist etwas komplizierter, da zunächst der Kalium-40-Wert über die Atomemssionsspektrometrie ermittelt wird, getrennt davon wird über die Edelgasspektrometrie der Argon-Gehalt in der Probe bestimmt.
Dass sowohl Argon als auch Kalium-40 untersucht werden, wird mit dem radioaktiven Zerfall von Kalium-40 in Argon und Calcium-40 begründet.
Kalium-40 gilt als chemisch nicht stabil und hat eine Halbwertszeit von 1,28 Mrd. Jahre. Argon und Calcium hingegen sind stabil.

Im Anschluss wird über eine Gleichung das Verhältnis von Kalium-40 und Argon ermittelt, die Aussagen zum Alter der fossilführenden Gesteine ermöglicht.


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Mehr zum Thema Fossilien


Quellen:
⇒ Agricola, G. (1546): De natura fossilium. Lib. X
⇒ Wallerius, J. G. (1783): Insektenversteinerungen. IN: Mineralsystem, worin die Fossilien nach Klassen, Abtheilungen, Gattungen, Arten und Spielarten angeordnet, beschrieben und durch Beobachtungen, Versuche und Abbildungen erläutert werden
⇒ Bertele, G. A. (1804): Versteinerungen. IN: Handbuch der Minerographie einfacher Fossilien
⇒ Darwin, C. (1859): On the Origin of Species by Means of Natural Selection, Or the Preservation of Favoured Races in the Struggle for Life
⇒ Leonhard, G. (1874): Von den Versteinerungen. IN: Grundzüge der Geognosie und Geologie
⇒ Koken, E. F. R. v. (1896): Die Leitfossilien
⇒ Rudolph, F. (2018): Welche Fossilien sind das?

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Letzte Aktualisierung: 29. Februar 2024




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