DasOrdovizium ist das zweitechronostratigraphischeSystem (bzw. Periode in derGeochronologie) desPaläozoikums in derErdgeschichte. Das Ordovizium begann vor etwa 485,4 Millionen Jahren und endete vor rund 443,4 Millionen Jahren. Es wird vomKambrium unterlagert, die Schichten des Kambriums sind also die ältesten des Paläozoikums. Auf das Ordovizium folgt dasSilur.
Geschichte und Namensgebung
Der Begriff Ordovizium wurde 1879 von dem britischen GeologenCharles Lapworth eingeführt. Er leitete ihn von denOrdovicern ab, einem keltischen Volksstamm, der inWales ansässig war. Im 19. Jahrhundert wurde das heutige Ordovizium meist als untere Einheit dem Silur zugerechnet. Um einen Streit zwischen den AnhängernAdam Sedgwicks, des Entdeckers desKambriums, undRoderick Murchisons, des Beschreibers des Silurs, zu schlichten, führte Charles Lapworth 1879 für die Schichten, die von beiden für ihre jeweiligen Systeme beansprucht wurden, den Begriff Ordovizium ein. Er hatte erkannt, dass sich diese Schichten, auch durch ihreFossilien, ziemlich deutlich von den anderen beiden Systemen unterschieden. Aber die neue Systembezeichnung zwischen Kambrium und Silur setzte sich nur langsam durch und wurde erst 1960 durch den Internationalen Geologischen Kongress weltweit anerkannt.
Definition und GSSP
Die Basis des Ordoviziums ist von derInternational Union of Geological Sciences (IUGS) durch das Erstauftreten derConodonten-ArtIapetognathus fluctivagus definiert. Diese Grenze liegt etwas oberhalb derCordylodus lindstromi-Conodonten-Zone und etwas unterhalb des Erstauftretens der ersten planktonischenGraptolithen (Staurograptus dichotomus undRhabdinopora praeparabola). Die Obergrenze (= Untergrenze desSilurs) wurde mit dem Erstauftreten der Graptolithen-ArtAkidograptus ascensus festgelegt; das Erstauftreten der Graptolithen-ArtParakidograptus acuminatus liegt nur geringfügig höher und damit schon in der untersten Stufe des Silur. DerGSSP (globaler Eichpunkt) für den Beginn des Ordoviziums (und derTremadocium-Stufe) ist das „Green Point-Profil“ imGros-Morne-Nationalpark, ca. 70 km vom Flughafen vonDeer Lake und ungefähr 10 km nördlich des OrtesRocky Harbour, im westlichenNeufundland (Kanada).
Untergliederung des Ordoviziums
Das Ordovizium wird in dreichronostratigraphischeSerien, Unter-, Mittel- und Oberordovizium untergliedert. Diese Serien sind weiter in insgesamt 7 chronostratigraphischeStufen unterteilt (in der Übersicht):
Vor allem in der älteren deutschsprachigen Fachliteratur des 19. Jahrhunderts wird das Ordovizium auch als Untersilur (siehe Geschichte) bezeichnet. Dadurch kann es zu Verwirrungen und falschen zeitlichen Einstufungen kommen.
Paläogeographie
Die paläogeographische Situation der Kontinente war wie imKambrium geprägt vom GroßkontinentGondwana und drei weiteren kleineren KontinentenLaurentia,Baltica undSibiria sowie einer ganzen Reihe von Klein- und Mikrokontinenten, die ursprünglich Bestandteile Gondwanas waren. Baltica und Gondwana entfernten sich während des Ordoviziums etwas voneinander, dazwischen entstand derTornquist-Ozean. Laurentia driftete nach Norden zum Äquator. Es war von Gondwana und Baltica durch denIapetus-Ozean getrennt. Sibiria lag bereits im Mittelordovizium am Äquator.
Bezogen auf die heutigen Kontinente wanderte der Südpol von einer Position im heutigen südlichen Algerien (Unterordovizium) zunächst etwas nach Norden bis etwa an die heutige Mittelmeerküste Algeriens (Mittelordovizium), um dann bis zum Oberordovizium nach Westafrika weiter zu wandern; richtiger ausgedrückt wanderte Gondwana entsprechend über den Südpol hinweg. Der Nordpol lag im damals weltumfassendenPanthalassischen Ozean.
Im Unterordovizium brach der MikrokontinentAvalonia vom Nordrand Gondwanas ab und driftete nach Norden. Zwischen Avalonia und Gondwana öffnete sich derRheische Ozean. Avalonia bildete im Mittelordovizium eine eigene Faunenprovinz, die sich von der von Gondwana, Baltica und Laurentia unterschied. Im Oberordovizium wurde Avalonia unter Schließung des Tornquist-Ozeans an Baltica angeschweißt und die Faunenunterschiede zwischen Baltica und Avalonia verschwanden. Der Iapetus-Ozean begann sich zwischen Laurentia und Baltica zu schließen. Vermutlich ebenfalls noch im Unterordovizium war der MikrokontinentPerunica von Gondwana abgebrochen und driftete ebenfalls nach Norden auf Baltica zu.
Im Oberordovizium mit Schwerpunkt imHirnantium vereiste ein großer Teil Gondwanas (Saudi-Arabien, Nordafrika, Südamerika). Auf den betroffenen Kontinenten wurdenTillite abgelagert. Durch Gletscherschrammen im anstehenden Gestein lässt sich die Transportrichtung des Eises rekonstruieren. In den angrenzenden Meeresgebieten kam es zu Ablagerungen von Sedimenten mitDropstones. Dropstones entstehen, wenn in Eisbergen eingefrorene grobeGeschiebe durch das Abschmelzen der Eisberge in meist feinkörnige Sedimente fallen. Die Geschiebe wurden durch Inlandgletscher vom Untergrund aufgenommen und zur Küste transportiert. Dort brachen immer wieder große Teile ab und trieben als Eisberge auf den angrenzenden Meeren. Die Mikrokontinente derArmorica-Gruppe (als Teil desHun-Superterrans), die später für Europa bedeutsam werden, lagen noch am Nordrand von Gondwana.
Klima und Umwelt
Anfangs lag die atmosphärische Kohlenstoffdioxid-Konzentration im Ordovizium bei 4000 bis 5000 ppm, und es herrschte – ähnlich wie im vorhergehendenKambrium – ein bis in höhere Breiten warmes oder zumindest sehr mildes Klima. So ist aus demUnteren Ordovizium und über große Teile desMittleren Ordoviziums keine Eisbedeckung der damals in Südpolnähe liegenden Landmassen bekannt. Dies änderte sich mit Beginn des Ordovizischen Eiszeitalters (auchHirnantische Eiszeit oderAnden-Sahara-Eiszeit) vor etwa 460 Millionen Jahren, in dessen Verlauf weite Bereiche der südlichen Hemisphäre vergletscherten. Die Kältephase erreichte ihren Höhepunkt während der letzten ordovizischen Stufe desHirnantiums und endete imSilur vor 430 Millionen Jahren. Anhand glazialer Ablagerungen konnte die Drift des GroßkontinentsGondwana über den Südpol in chronologischer Abfolge rekonstruiert werden. Das Zentrum der Vereisung lag vor 450 bis 440 Millionen Jahren auf derArabischen Platte, erreichte anschließend die heutige Sahara, wanderte dann über die damals durchgehende Landverbindung westwärts in Richtung Südamerika (Brasilien und unteres Amazonasgebiet) und weitete sich vor 430 Millionen Jahren in etwas abgeschwächter Form auf die Region der damals noch nicht existierendenAndenkette aus.
Als mögliche Gründe für die allmählich einsetzende globale Abkühlung gelten die Kontinentalbedeckung des Südpols sowie eine möglicherweise größere Schwankungsbreite derErdbahn-Parameter. Neben der kürzeren Tageslänge von 21,5 Stunden, die nach Modellsimulationen unter den damaligen Gegebenheiten ebenfalls einen Abkühlungsfaktor darstellte, muss vor allem die im Vergleich zur Gegenwart um 4 Prozent verminderte Sonneneinstrahlung berücksichtigt werden (Solarkonstante im Ordovizium 1306 W/m², aktuell 1361 W/m²).[6] Einen wesentlichen Einfluss übten wahrscheinlich moos- und flechtenähnliche Pflanzen aus, die nach neueren Erkenntnissen bereits imMittleren Kambrium begannen, das Festland zu besiedeln, und sich imOrdovizium weiter ausbreiteten.[7] Die Vegetationsbedeckung entzog den Böden in größerem Umfang Elemente wieCalcium,Magnesium,Phosphor undEisen. Dieser Prozess beschleunigte die chemische Verwitterung und führte zur erhöhten Bindung von atmosphärischem Kohlenstoffdioxid und einer damit gekoppelten globalen Abkühlung von ca. 4 bis 5 Grad.[8]
Eine 2019 veröffentlichte Studie, die unter anderem auf dem Nachweis vonextraterrestrischemHelium-3 (3He) in ordovizischen Sedimentschichten basiert, geht davon aus, dass vor etwa 466 Millionen Jahren ein zwischenMars undJupiter kreisenderAsteroid mit einer Größe von rund 150 km durch eine Kollision mit einem anderen Himmelskörper vollständig zerstört wurde. Der dadurch entstandene interplanetare Staub verteilte sich nach dieser Hypothese im inneren Sonnensystem und dämpfte die solare Einstrahlung auf der Erde, mit der Folgewirkung weltweit sinkender Temperaturen über einen Zeitraum von ungefähr zwei Millionen Jahren. Der langsame Wechsel von einemWarmklima in eine Kaltphase könnte dabei in evolutiver Hinsicht den Anstoß für die Entstehung neuer Arten und eine Zunahme derBiodiversität in den ozeanischenBiotopen gegeben haben.[9][10] Die Kernphase der Ordovizischen Kaltzeit begann 20 Millionen Jahre nach der kosmischen Kollision: Ein rasch auftretender Kälteeinbruch, vermutlich ausgelöst durch das Überschreiten einesKipppunkts im Klimasystem und verbunden mit starker Ausdehnung vonMeereisflächen und kontinentalenEisschilden, ereignete sich während der letzten ordovizischen Stufe des Hirnantiums (445,2 bis 443,4 mya), wobei die Oberflächentemperatur äquatorialer Ozeane um 8 K abnahm und die globale Durchschnittstemperatur auf 11 bis 13 °C sank.[11]
Während dieses Zeitabschnitts erreichten nicht nur die Gletscherstände ein Maximum, parallel dazu geschah eines der folgenschwerstenMassenaussterben der Erdgeschichte. Die Schätzungen zur Aussterberate der davon betroffenen Arten schwanken erheblich und belaufen sich auf bis zu 85 Prozent.[12] In der Wissenschaft besteht größtenteils Einigkeit darüber, dass die in mehreren Schüben erfolgende biologische Krise gegen Ende des Ordoviziums auf einer Kombination verschiedener Faktoren beruht, zu denen vermutlich auch ein starker Vulkanismus zählte. Dessen Ausgasungen in Form vonSchwefeldioxid undStickoxiden könnten die ozeanischen Biotope erheblich geschädigt haben.[13] Diese Annahme wird durch das Auftreten mehrererOzeanischer anoxischer Ereignisse gestützt, die während des Hirnantiums und im frühenSilur die marinen Lebensräume zusätzlich destabilisierten.[14] Neuere Studien postulieren in dem Zusammenhang tiefgreifende geochemische Veränderungen, in deren Verlauf giftige Schwermetalle (Arsen, Blei und Mangan) am Meeresgrund freigesetzt wurden,[15] unter gleichzeitiger Reduzierung lebenswichtiger Spurenelemente wieSelen.[16][17]
Verschiedentlich wurde für das Massenaussterben eine extraterrestrische Ursache in Form einesGammablitzes vorgeschlagen.[18] Zwar stimmt die rasche Dezimierung der die oberen Meereszonen bewohnenden Organismen mit der Strahlungshypothese überein, es fehlen jedoch darüber hinaus weitere faktische Belege. Für Gammablitze und möglicheSupernovae gilt gleichermaßen, dass ein Nachweis kosmischer Strahlungseinflüsse in paläozoischen Gesteinsformationen mit dem gegenwärtig verwendeten Instrumentarium nicht möglich ist.[17]
Entwicklung der Fauna
Fossilienhaltige Kalksteinplatte aus der Liberty-Formation (Oberordovizium) des Caesar Creek Nationalparks nahe Waynesville, Ohio.
Am Ende des Kambriums war es zu einer weitverbreiteten Regression gekommen und viele Arten waren ausgestorben. Darunter waren auch einige der frühen Exemplare derGliederfüßer (Arthropoda) wie dieAnomalocarida (Anomalocaris).
Im Unterordovizium kam es dann aber zu einer erneutenRadiation. Die Korallen treten erstmals mit den beiden Gruppen derRugosa undTabulata in Erscheinung. DieGraptolithen haben zu Beginn des Ordoviziums ihr erstes Auftreten. Als letzter der großen Stämme des Tierreiches erscheinen auch dieMoostierchen (Bryozoa) und das schon in einer beachtlichen Diversität. Die bereits im Kambrium vorhandenenArmfüßer machen eine große Radiation durch; sehr viele Gruppen erscheinen zum ersten Mal. Im Ordovizium begann auch die eigentliche Radiation derKopffüßer (Cephalopoda), die bereits im obersten Kambrium mit einfachen Formen entstanden waren. Sie werden zu den größten Räubern des Ordoviziums, mit Gehäuselängen von bis zu 10 m und mehr (zum Beispiel Ord.Endocerida). In der Gruppe derStachelhäuter (Echinodermata) treten dieSeeigel (Echinoidea), dieSeewalzen (Holothuroidea), dieSeesterne (Asteroidea) und dieSchlangensterne (Ophiuroidea) erstmals auf. Außerdem ist noch die schnelle Radiation derSeelilien (Crinoida) hervorzuheben. Die merkwürdige Gruppe derCarpoidea tritt zum ersten Mal in Erscheinung. DieTrilobiten diversifizieren sich; darunter sind jetztnektonische Formen mit großen, hochentwickelten Facettenaugen, aber auch (sekundär) blinde Formen, die wohl tieferes Wasser bewohnten. Unter denkieferlosen Wirbeltierverwandten (Agnatha) entwickelten sich diePteraspidomorphi. DieConodonten entwickelten sich ebenfalls sehr rasch. Nach dem Aussterben derArchaeocyathiden bildeten nun erstmalsKorallen,Bryozoen undStromatoporen Riffe.
Grünalgen waren im oberen Kambrium und im Ordovizium verbreitet. Vermutlich entstanden daraus im Ordovizium (nach neueren Forschungen bereits im Kambrium[7]) die ersten einfachen Landpflanzen in Form von nichtvaskulären Moosen, ähnlich den heutigenLebermoosen. Sporen dieser ersten Landpflanzen wurden in den obersten ordovizischen Sedimenten gefunden.
Man vermutet, dassArbuskuläre Mykorrhizapilze unter den ersten landlebendenPilzen waren und für die Besiedelung des Landes durch Pflanzen eine wesentliche Rolle gespielt haben, indem sie mit den Pflanzen eine Symbiose eingingen und ihnen mineralische Nährstoffe verfügbar machten. Derartige 460 Millionen Jahre alte fossilierteHyphen undSporen wurden inWisconsin gefunden.
Durch zeitweilige Meeresspiegelhöchststände waren weite Teile der Landmassen überflutet und es kam zur Ablagerung von flachmarinenSedimenten. Charakteristisch für das Ordovizium sindKalkablagerungen, unter anderem in weiten Teilen des heutigenSkandinaviens (zum BeispielSchweden) und desBaltikums (zum BeispielEstland). In vielen Gebieten wurden Muttergesteine von Erdöl und Erdgas abgelagert, wie zum Beispiel der estnischeKukersit. In Deutschland finden sich hauptsächlich Tonablagerungen (Tonschiefer) aus dem Ordovizium. Vor allem inThüringen enthalten dieseSedimentgesteine auch Fossilien. Eine Besonderheit unter ihnen stellt der Lederschiefer dar. Er enthält alsDropstones gedeuteteKlasten (oftQuarzite), dieFossilien enthalten, während der umgebende Schiefer mindestens als fossilarm gilt. Sie sind ein wichtiger Beleg für die damals noch in Südpolnähe befindlicheArmorica-Gruppe von Kleinkontinenten, die später mitBaltica verschmolzen und heute den Untergrund von Mitteleuropa bilden.
Literatur
Barry D. Webby, Florentin Paris, Mary L. Droser, Ian G. Percival (Hrsg.):The Great Ordovician Biodiversification Event. Columbia University Press, New York 2004,ISBN 0-231-12678-6, S. 41–47.
Roger A. Cooper, Godfrey S. Nowlan, S. Henry Williams:Global Stratotype Section and Point for base of the Ordovician System. In:Episodes, 24(1), Beijing 2001, S. 19–28,ISSN0705-3797
Roland Walter:Erdgeschichte. Die Entstehung der Kontinente und Ozeane. 5. Aufl. de Gruyter, Berlin / New York 2003,ISBN 3-11-017697-1, 325 S.
L. R. M. Cocks, T. H. Torsvik:European geography in a global context from the Vendian to the end of the Palaeozoic. In: D. G. Gee, R. A. Stephenson (Hrsg.):European Lithosphere Dynamics. Geological Society London Memoirs, 32, London 2006, S. 83–95,ISSN0435-4052 (online, PDF)
Gérard M. Stampfli, Jürgen F. von Raumer, Gilles D. Borel:Paleozoic evolution of pre-Variscan terranes: From Gondwana to the Variscan collision. In:Geological Society of America Special Paper, 364, Boulder 2002, S. 263–280PDF
↑Fortey, Richard A. & Robert M. Owens 1987: The Arenig Series in South Wales. Bulletin of the British Museum (Natural History), Geology series, 41(3): 69-307, LondonISSN0007-1471
↑als Beispiel sei hier genannt: Geyer, Otto Franz 1973: Grundzüge der Stratigraphie und Fazieskunde. 1. Band Paläontologische Grundlagen I Das geologische Profil Stratigraphie und Geochronologie. 279 S., E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung (Nägele u. Obermüller), Stuttgart
↑Pascale F. Poussart, Andrew J. Weaver, Christopher R. Barne:Late Ordovician glaciation under high atmospheric CO2: A coupled model analysis. In:Paleoceanography. 14. Jahrgang,Nr.4, August 1999,S.542–558,doi:10.1029/1999PA900021 (englisch,wiley.com [PDF]).
↑abJennifer L. Morris, Mark N. Puttick, James W. Clark, Dianne Edwards, Paul Kenrick, Silvia Pressel, Charles H. Wellman, Ziheng Yang, Harald Schneider, Philip C. J. Donoghue:The timescale of early land plant evolution. In:PNAS. Februar 2018,doi:10.1073/pnas.1719588115 (englisch).
↑Timothy M. Lenton, Michael Crouch, Martin Johnson, Nuno Pires, Liam Dolan:First plants cooled the Ordovician. In:Nature Geoscience. 5. Jahrgang, Februar 2012,S.86–89,doi:10.1038/ngeo1390 (englisch,uni-bremen.de [PDF]). (abgerufen am 29. Dezember 2015)
↑Birger Schmitz, Kenneth A. Farley, Steven Goderis, Philipp R. Heck, Stig M. Bergström, Samuele Boschi, Philippe Claeys, Vinciane Debaille, Andrei Dronov, Matthias van Ginneken, David A. T. Harper, Faisal Iqbal, Johan Friberg, Shiyong Liao, Ellinor Martin, Matthias M. M. Meier, Bernhard Peucker-Ehrenbrink, Bastien Soens, Rainer Wieler, Fredrik Terfelt:An extraterrestrial trigger for the mid-Ordovician ice age: Dust from the breakup of the L-chondrite parent body. In:Science Advances. 5. Jahrgang,Nr.9, September 2019,doi:10.1126/sciadv.aax4184 (englisch).
↑Thijs R. A. Vandenbroucke, Howard A. Armstrong, Mark Williams, Florentin Paris, Jan A. Zalasiewicz, Koen Sabbe, Jaak Nõlvak, Thomas J. Challands, Jacques Verniers, Thomas Servais:Polar front shift and atmospheric CO2 during the glacial maximum of the Early Paleozoic Icehouse. In:PNAS. 107. Jahrgang,Nr.34, August 2010,S.14983–14986 (englisch,researchgate.net [PDF]).
↑David A. T. Hapera, Emma U. Hammarlund, Christian M. Ø. Rasmussen:End Ordovician extinctions: A coincidence of causes. In:Gondwana Research (Elsevier). 25. Jahrgang,Nr.4, Mai 2014,S.1294–1307,doi:10.1016/j.gr.2012.12.021 (englisch,researchgate.net [PDF]). (abgerufen am 16. Mai 2015)
↑Seth A. Young, Matthew R. Saltzman, Kenneth A. Foland, Jeff S. Linder, Lee R. Kump:A major drop in seawater87Sr/86Sr during the Middle Ordovician (Darriwilian): Links to volcanism and climate? In:Geology. 37. Jahrgang,Nr.10, 2009,S.951–954,doi:10.1130/G30152A.1 (englisch,psu.edu [PDF]).
↑Emma U. Hammarlund, Tais W. Dahl, David A. T. Harper, David P. G. Bond, Arne T. Nielsen, Christian J. Bjerrum, Niels H. Schovsbo, Hans P. Schönlaub, Jan A. Zalasiewicz, Donald E. Canfield:A sulfidic driver for the end-Ordovician mass extinction. In:Earth and Planetary Science Letters. 331–332. Jahrgang, Mai 2012,S.128–139,doi:10.1016/j.epsl.2012.02.024 (englisch,amazonaws.com [PDF]).
↑Thijs R. A. Vandenbroucke, Poul Emsbo, Axel Munnecke, Nicolas Nuns, Ludovic Duponchel, Kevin Lepot, Melesio Quijada, Florentin Paris, Thomas Servais, Wolfgang Kiessling:Metal-induced malformations in early Palaeozoic plankton are harbingers of mass extinctions. In:Nature Communications. 6. Jahrgang, August 2015,doi:10.1038/ncomms8966 (englisch).
↑John A. Long, Ross R. Large, Michael S. Y. Lee, Michael J. Benton, Leonid V. Danyushevsky, Luis M. Chiappe, Jacqueline A. Halpin, David Cantrill, Bernd Lottermoser:Severe selenium depletion in the Phanerozoic oceans as a factor in three global mass extinction events. In:Gondwana Research. 36. Jahrgang, August 2016,S.209–218,doi:10.1016/j.gr.2015.10.001 (englisch,edu.br [PDF]).
↑abDavid P. G. Bond, Stephen E. Grasby:On the causes of mass extinctions. In:Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology. 478. Jahrgang,Nr.15, Juli 2017,S.3–29,doi:10.1016/j.palaeo.2016.11.005 (englisch).
↑A. Melott, B. Lieberman, C. Laird, L. Martin, M. Medvedev, B. Thomas, J. Cannizzo, N. Gehrels, C. Jackman:Did a gamma-ray burst initiate the late Ordovician mass extinction? In:International Journal of Astrobiology.Band3,Nr.2, 2004,S.55–61,doi:10.1017/S1473550404001910,arxiv:astro-ph/0309415 (englisch).
