Wanderung zur Geschichte und zu Geheimnissen der Gesteine im Felsenmeer bei Lautertal (Odenwald)

 

Der Geo-Naturpark Bergstraße-Odenwald ist seit 2002 national und international zertifiziert und seit 2015 globaler UNESCO Geopark. Die Entstehung des Geoparks resultiert aus dem Zusammenwirken zahlreicher Kräfte, bei der Kontinentaldrift und Plattentektonik Hauptrollen spielen. Während über die Kontinentaldrift wissenschaftlicher Konsens besteht, werden Ursachen antreibender Kräfte der Plattentektonik bis heute strittig diskutiert. Highlight des Geoparks sind aus rundlichen Gesteinsblöcken bestehende Felsenmeere an einem Berghang des Felsbergs oberhalb von Lautertal-Reichenbach. Im zweiten bis vierten Jahrhundert nutzten Römer Felsenmeere des Odenwalds als Steinbruch für Steingewinnung. Mehr als 300 Werkstücke weisen Spuren römischer Steinbearbeitung auf (römische Steinbearbeitung). An Wanderwegen sind unfertige und beschädigte Werkstücke der Römerzeit zu sehen. - Fotoserie

 

Zu Felsenmeeren des Geoparks bieten sich 3 Zugänge an.

• Am unteren Ende des Haupt-Felsenstroms befindet sich das Felsenmeer-Informationszentrum (der Besuch ist kostenlos) mit einem großen Besucherparkplatz (5 €), von dem Wanderwege den Hang hinauf führen.
• Am oberen Zugang des Haupt-Felsenstroms führen von einem kostenlosen Parkplatz Wanderwege den Hang hinab. 
• Dazwischen liegt beim Dorf Beedenkirchen der kostenlose Wanderparkplatz Römersteine, von dem mehrere Wanderwege mit nur moderaten Profilen zum Hauptstrom des Felsenmeers in ca. 1 km bis 1,5 km Entfernung führen. Hier beginnen wir unsere Exkursion auf dem Rundweg 4 (Bockshöhenweg). 

 

 

Nach ca. 30 Minuten schattiger Wanderung durch Buchenwald erreichen wir den Hauptfelsenstrom, an dem eine Schutzhütte Gelegenheit zu einer Rast mit Picknick bietet. 

 

 

Auf dem Rückweg halten wir kurz am Felsenmeer-Informationszentrum, ohne die Ausstellung zu besuchen (Museums-Flyer Felsenmeer-Informationszentrum). Im Gelände sind weitere römische Werkstücke und das Modell einer römischen Steinsäge zu besichtigen. 

 

 

Entstehung des Felsenmeers 

 

In alltagssprachlicher Sicht treffen wir an Felsenmeeren auf Ansammlungen großer Steine. Geologie hat einen sehr viel differenzierten Blick. Geologen sprechen nicht von Steinen, sondern von Gesteinen. Der geologische Begriff der Gesteine ist weiter gefasst als der umgangssprachliche Begriff der Steine. Umgangssprachlich sind Steine Objekte, deren unbestimmte Größe zwischen Sand und Felsen liegt. Über Zusammensetzungen und Zustände sagt der Begriff Steine nichts aus. In der Geologie stellt Gesteinskunde (Petrologie) Verbindungen zwischen einerseits der Mineralogie, die sich mit Zusammensetzungen und Eigenschaften von Gesteinen befasst, sowie andererseits der Geologie her, die Gesteine in größere Zusammenhänge ihrer Genese, Strukturen und Veränderungen einordnet.  

 

Menschliche Kulturgeschichte umfasst ein relativ kleines Zeitfenster, das an der Oberfläche der Erdgeschichte nur kratzt und sich bald im Nebel von Urgeschichte verliert. Sehr viel weiter zurück in Erdgeschichte reicht Geologie, die Geschichte und Geheimnisse von Zusammensetzungen, Gefügen und Strukturen der Gesteine analysiert, entschlüsselt und klassifiziert. Erklärungen der Entstehung des Felsenmeers reichen in der Erdgeschichte mehr als 300 Mio. Jahre zurück.

• Vor 380 bis 340 Millionen Jahren verschmolzen die Urkontinente Laurussia und Gondwana zum Superkontinent Pangaea. Bei der Kollision kam es zu starken Verfaltungen und zu Gebirgsbildungen. Die Region des heutigen Odenwalds lag zu dieser Zeit in der Nähe des Äquators und war mehrere Kilometer hoch. Erosion trug das Hochgebirge in nachfolgenden Jahrmillionen bis auf einen Rumpf ab.
• Vor ca. 230 Millionen begann Pangaea auseinanderzubrechen und löste sich sukzessive in die heute existierenden Kontinente auf. Durch Dehnungskräfte tektonischer Bewegungen lagerten sich im Bereich des heutigen Odenwalds in 12 bis 15 km Tiefe kristalline Gesteine ab. 
• Dehnungskräfte tektonischer Bewegungen verursachten vor ca. 50 Millionen die Entstehung des Oberrheingrabens. An der westlichen Grabenschulter hoben sich Pfälzerwald und Vogesen sowie an der östlichen Grabenschulter Odenwald und Schwarzwald an. Das Einbrechen des Rheingrabens unterstützte das Aufsteigen von Diorit-Intrusivgestein an die Oberfläche. 
• Für geologische Laien sehen Felsblöcke des Felsenmeers wie Granit aus, aber es ist kein Granit, sondern aus Honrblende (Calcium-Amphibole), Dunkelglimmer (Biotit) bestehender Diorit. Granit und Diorit sind Tiefengesteine, die sich unterschiedlich zusammensetzen. Granit besteht hauptsächlich aus Quarz, Kalifeldspat und Hellglimmer (Biotit). Diorit besteht zu einem großen Teil aus Feldspat (Plagioklas) und dunklen Mineralien wie Hornblende oder Pyroxen. Diorit ist feinkörniger und dunkler als Granit. (GeoWiki LMU: Gesteine)
• Ihre rundliche Form als Wollsäcke erhielten Blöcke von Quarzdiorit durch Verwitterung. An der Oberfläche ist Quarzdiorit der Verwitterung ausgesetzt. Saurer Niederschlag zersetzte Gesteinsminerale zerklüfteter Felsblöcke, sodass rundlich geformte Gesteinskerne entstanden. 
  Durch Wollsackverwitterung geformte Felsen sind u.a. im Elbsandsteingebirge anzutreffen. Dort werden sie als Mehlsäcke bezeichnet, weil sie an aufgestapelte Mehlsäcke erinnern. Allerdings bestehen Gesteine dort vor allem aus Sandstein, der sich vor ca. 100 Millionen Jahren als Sedimente in einem flachen Meer abgelagert hat (Wikipedia: Elbsandsteingebirge.Geologie).
• In Kaltzeiten (Eiszeit) begannen vor ca. 2,6 Millionen Jahren Gesteinsblöcke auf Permafrostböden langsam hangabwärts zu gleiten und sammelten sich auf einer Länge von ca. 2 km in Rinnen und Mulden als Felsenmeer. 

Eine Kurz-Information über das Felsenmeer bietet der Flyer Felsenmeer Informationszentrum. Die geologische Entstehungsgeschichte des Felsenmeers beschreiben mehrere Webseiten ausführlicher als dieser Post:

• Deutsche Geologische Gesellschaft – Geologische Vereinigung e.V. (DGGV): Das Felsenmeer im Lautertal
• Hessisches Landesamt für Naturschutz, Umwelt und Geologie: Felsenmeer bei Lautertal (Odenwald) 
• Felsenmeer Informationszentrum: Geologie 
• Wikipedia: Felsenmeer (Lautertal). Geologischer Entstehungsprozess

PLATTENTEKTONIK, MANTELKONVEKTION UND METAMORPHOSE DER GESTEINE 

UniReport | Nr. 4 | 8. Juli 2021, Seite 7: Wie die Erde bewohnbar wurde 

 

Die Theorie der Plattentektonik beschreibt die dynamischen Umwälzungen der Erdkruste und des darunterliegenden obersten Teils des Mantels durch Platten, die wie Eisschollen gegeneinander stoßen. Dabei taucht die dichtere Platte in Subduktionszonen wieder in den Mantel ein, begleitet von Gebirgsbildung. Komplementär dazu brechen Platten an Spreizungszonen auseinander. Dort tritt Magma aus dem tiefer gelegenen konvertierenden Erdmantel an die Oberfläche und bildet eine basaltische Kruste, die mittelozeanischen Rückenbasalte (MORB). Diese wird durch die fortschreitende Spreizung wie auf einem Fließband an die Plattengrenzen transportiert und dort subduziert. Durch steigenden Druck und Temperatur finden in den Subduktionszonen kontinuierliche und abrupte mineralogische und chemische Veränderungen statt, die Geowissenschaftler als „Metamorphose“ bezeichnen. Hier wird u. a. der MORB in viel dichteren Eklogit umgewandelt. Der größte Teil der Platte taucht wieder in den konvektierenden Mantel ein, aber ein kleiner Teil wird abgetrennt und gelangt wieder an die Oberfläche. Solche Gesteine finden sich z. B. in den Alpen. Die Gesteinsverwitterung sorgt dafür, dass das Material in Form von Sedimenten wieder in die Ozeane gelangt, wo sie auf sich immerzu neu bildendem MORB abgelagert werden (Kreislauf der Gesteine).

 

 

Kreislauf der Gesteine 

• Spektrum.de, Lexikon der Geografie: Kreislauf der Gesteine 
• Rainer Olzem, Tim Reisinger: Der Kreislauf der Gesteine 
• Fachbereich Geowissenschaft Universität Tübingen: Aufbau der Erde und Kreislauf der Gesteine

 

Entwicklung von Leben auf der Erde

 

Die Entwicklung von Leben auf der Erde ist das Ergebnis komplexer Wechselwirkungen zwischen Plattentektonik, Kreislauf der Gesteine und Entwicklungen der Erdatmosphäre. Evolution von Leben und die geologische Evolution interagieren in koevolutionären Prozessen und wirken auf Veränderungen der Erdatmosphäre ein. Das Gliederungsmodell der geologischen Zeitskala markiert große Umbrüche mit Einfluss auf die Entwicklung biologischen Lebens. Plattentektonik verursacht die Entstehung von Kontinenten, mit denen Erdkruste wuchs, die der Verwitterung ausgesetzt war. Verwitterung reicherte Ozeane mit Nährstoffen an, die an der Entwicklung von Leben beteiligt waren. 

• Vor ca. 4.000 Millionen Jahren entwickelten sich erste einfache Formen von Leben mit anaerobem Stoffwechsel. 
• Vor ca. 2.500 Millionen setzte ein relatives rasches Wachstum von Erdkrusten mit Bildung flacher Schelfmeere ein. Dieses Wachstum bewirkte in der Erdgeschichte tiefgreifende Veränderungsprozesse der Geodynamik und der Umwelt, die als Archaikum-Proterozoikum-Grenze bezeichnet werden. Ursachen der Veränderungen sind bis heute nicht abschließend verstanden. 
• Sauerstoff ist im Weltall nach Wasserstoff und Helium das dritthäufigste Element. Auf der Erde ist Sauerstoff das häufigste Element und hat einen Masseanteil von 50,5 %. Freier Sauerstoff war bereits in der frühen Erdgeschichte in kleinen Mengen vorhanden, aber da Sauerstoff sehr reaktiv ist, war er schnell an Mineralien gebunden und damit verbraucht. Einfache frühe Formen von Leben basierten auf anaerobem Stoffwechsel. Erst mit Veränderungen der Erdatmosphäre setzte sich Sauerstof als Treiber von Prozessen des Lebens durch.

 

Entwicklung der Erdatmosphäre 

 

Das Modell der Entwicklung der Erdatmosphäre ist ein Teil der Theorie der chemischen Evolution der Erde. Identifizierungen von Umbrüchen und Klassifizierungen von Epochen vereinfachen tatsächliche Entwicklungen. Sie erzeugen willkürlich definierte Ordnungen und blenden störende Sachverhalte aus. Die Einteilung der Entwicklung der Erdatmosphäre in vier Stufen erfolgt willkürlich anhand vermuteter Zusammensetzungen der Konzentration von Elementen der Erdatmosphäre. Das nachfolgend beschriebene Modell ist in Wissenschaft weitgehend unstrittig, aber es bestehen unterschiedliche Benennungen der Entwicklungsstufen. 

• Uratmosphäre vor 4.500 bis 4.000 Mio. Jahren
  Nach der Entstehung vor 4.580 Mio. Jahren verfügte die Erde "schon sehr früh über eine vermutlich aus Wasserstoff (H2) und Helium (He) sowie in geringerem Maße aus Methan (CH4), Ammoniak (NH3) und einigen Edelgasen bestehende Gashülle, die jedoch aufgrund des geringeren Schwerefelds nur recht schwach an den Planeten gebunden war. Sie ging in der Folge innerhalb weniger hundert Millionen Jahre wieder fast vollständig verloren." (Wikipedia: Entwicklung der Erdatmosphäre)
• Erste Atmosphäre (Ausgasungsphase) vor 4.000 bis 2.400 Mio. Jahren)
  Vulkanismus bewirkt durch Ausgasung die Verflüchtigung der Uratmosphäre. Vor ca. 4.000 Mio. Jahren bestand die Erdatmosphäre "vermutlich zu etwa 80 % aus Wasserdampf (H2O), zu 10 % Kohlenstoffdioxid (CO2) und zu 5 bis 7 % aus Schwefelwasserstoff (H2S) sowie Spuren von Stickstoff (N2), Wasserstoff (H2), Kohlenstoffmonoxid (CO), Helium, Methan und Ammoniak." (Wikipedia: Entwicklung der Erdatmosphäre) Nach ausreichender Abkühlung kam es zu extremem Dauerregen, mit dem sich Ozeane bildeten. Vor ca. 3.500 Mio. Jahren entwickelten sich in Ozeanen die ersten einfachen Formen von Leben mit anaerobem Stoffwechsel. Anaerobe Lebewesen verbrauchen Kohlendioxid und bilden Carbonate. Die Zusammensetzung der ersten Atmosphäre änderte sich. Sie bestand vermutlich aus Stickstoff als Hauptbestandteil und enthielt wahrscheinlich geringere Mengen Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Argon. 
• Zweite Atmosphäre (Große Sauerstoffkatastrophe), vor ca. 2.500 Mio. bis 500 Mio. Jahren 
  Hauptrollen spielten Abkühlung, Sauerstoff und Cyanobakterien. Cyanobakterien zählen zu den ältesten Lebensformen und existieren bereits seit 3.500 Mio. Jahren. In Schelfmeeren entwickelten sich schnell vermehrende Cyanobakterien die oxygene Photosynthese und bewirkten eine Anreicherung  von Erdatmosphäre und Ozeanen mit Sauerstoff. Die Sauerstoffkatastrophe hatte schwerwiegende Konsequenzen:
• Freier Sauerstoff veränderte chemische Interaktionen zwischen Feststoffen der Erde, der Erdatmosphäre, den Weltmeeren und Oberflächengewässern. Mit diesen Veränderungen vergrößerte sich die Vielfalt auf der Erde vorkommender Mineralien stark. 
• Steigender Sauerstoffgehalt der Erdatmosphäre löste vor ca. 2.400 Mio. Jahren eine 300 - 400 Mio. Jahre dauernde paläoproterozoische Vereisung der Erde aus. 
• Für anaerobe Organismen ist steigender Sauerstoffgehalt in Ozeanen toxisch und hat wahrscheinlich die meisten dieser Organismen ausgelöscht (Wikipdedia: Massenaussterben.Proterozoikum). 
• Erhöhter Sauerstoffgehalt öffnete der biologischen Evolution von Lebewesen neue Wege. Die Evolution des aeroben Energiestoffwechsels ermöglichte Vielzelligkeit von Lebewesen und beschleunigte deren Evolution.
• Dritte Atmosphäre (heutige Zusammensetzung) vor 500 Mio. Jahren bis zur Gegenwart
  Durch Sauerstoff bildete sich Ozon. Die Ozonschicht schützt die Erde vor schädlicher UV-Strahlung, sodass sich organisches Leben auf der Erde ausbreiten konnte. In jüngster Zeit erhöht sich durch Menschen die Konzentration von Kohlenstoffdioxid (Treibhausgas) in der Erdatmosphäre (ca. um das 1,5-fache in den letzten 100 Jahren). Dieser Anstieg bewirkt eine Verstärkung des Treibhauseffekts und führt zur aktuellen globalen Erwärmung. 
• Treibhauseffekt und Klimakatastrophe 
  Im Vakuum des Weltalls kompensiert ein Planet die empfangene Heizleistung durch Abgabe von Wärmestrahlung bis zum Erreichen einer Gleichgewichtstemperatur. Die Temperatur erreicht ein Gleichgewicht, wenn der Wärmeverlust die eingestrahlte Leistung ausgleicht. Die Gleichgewichtstemperatur hängt von der Konzentration von Treibhausgasen ab. Wasserdampf, Kohlenstoffdioxid und Methan bilden Hindernisse für die Wärmestrahlung. Wenn deren Konzentration in der Atmosphäre zunimmt, erwärmt sich die Oberfläche, bis eine höhere Gleichgewichtstemperatur erreicht ist. Eine solche Entwicklung hat schwerwiegende Konsequenzen für die Erde und Lebensbedingungen auf der Erde (Wikipedia: Treibhauseffekt), die als Klimakatastrophe beschrieben werden.
• Sauerstoff 
  "Die Menge des relativ reaktionsfreudigen elementaren Sauerstoffs bleibt auf Dauer nur konstant, weil Sauerstoff produzierende Pflanzen so viel nachliefern, wie von aerob atmenden Lebewesen sowie durch andere Verbrennungsprozesse wieder verbraucht wird. Ohne diesen biologischen Kreislauf würde Sauerstoff nur in Verbindungen vorkommen, elementarer Sauerstoff existiert also in einem Fließgleichgewicht." (Wikipedia: Sauerstoff)  

Während der gesamten Erdgeschichte bestehen Wechselwirkungen mit sich ändernden Randbedingungen. Daher bestehen immer auch Schwankungen der Zusammensetzung der Erdatmosphäre, die das grobe vierstufige Modell vereinfacht. Nur komplexe multifunktionale Modelle, die das Zusammenwirken aller Faktoren wie Plattentektonik und Kreislauf der Gesteine und ihre Interaktionsmechanismen berücksichtigen, ergeben schlüssige Erklärungen. 

 

Der vom Max-Planck-Institut für Erdgeschichte konzipierte Plöner Evolutionspfad macht die Einwicklung des Lebens auf der Erde mit 11 Stationen anschaulich.