Rotliegend-Hölzer fehlgedeutet als fossile Holzkohle
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Was auf den ersten Blick wie fossile Holzkohle aussieht, ist oft keine solche. Zuweilen haben Paläobotaniker sich eine Meinung gebildet, ohne genau genug hinzusehen, wie bei den hier abgebildeten auffälligen Bruchstücken schwarzen Holzes in weißem oder rotem Chalzedon.
Holz-Fragmente in Chalzedon, keine Holzkohle, Perm
Abb.1: Holzfragmente in weißem Chalzedon, Wilmsdorf, Döhlener Becken, Unter-Perm.
aufgewickelte Zellreihen infolge Scherung
Abb.2:
gleiches Fundstück, Scher-Risse mit Zellreihen im weichen Zustand teils aufgerollt (siehe idealisierte Skizze) und gequetscht.
aufgewickelte Zellreihen infolge Scherung




Der Anblick hatte zu der Idee verleitet, spröde Holzkohle sei in kantige Stücke und
staubige Reste zerbrochen (
M. Barthel, persönliche Mitteilung 1993). Zweifel ergaben sich aus der Beobachtung, dass manche Risse in den kantigen Bruchstücken so aussehen, als seien sie im weichen Holz gebildet worden. Verdächtig sind auch Reihen von Zellen, die verbogen wurden, aber nicht brachen. Gleiches gilt für die komplexe Verformung in der oberen Hälfte von Abb.2: Zwei Risse (oben und links), deren Ebenen um 10 Zellreihen auseinander liegen, waren entlang der Reihen gelaufen, getrieben von Scherspannung (Mode II -Risse in der Sprache der Bruchmechanik), bis ihre überlagerten Spannungsfelder eine andere Möglichkeit boten: Verbinden der Rissspitzen mittels eines Streifens deformierten (aber nicht gebrochenen) Holzes. Es ist hier bemerkenswert, dass diese Deformation durch eine Kombination von Abgleiten und Aufwickeln von Zellreihen realisiert wurde.
Zellreihen überbrücken einen Riss in Perm-Holz
Abb.3:
gleiches Fundstück, Spalt überbrückt mit gebogenen, aber nicht gebrochenen Zellreihen.

Die winzigen Reste von Zellwänden an den Rändern der Spalten in Abb.3 lassen erkennen, dass das Aufreißen in den Markstrahlen begann. Eine Reihe gerissener Markstrahlen sieht aus und verhält sich mechanisch so wie ein großer Riss, von gebogenen Zellreihen überbrückt.

Es ist kaum vorstellbar, dass fragile Strukturen wie das Scherband zwischen zwei Rissen (Abb.2) oder die gebogenen Zellreihen im Spalt (Abb.3) einen Waldbrand überstehen konnten, ohne zu brechen.
Da die Rollen und gebogenen Zellreihen fast niemals zerbrochen gefunden werden, kann es als sicher gelten, dass hier nicht Holzkohle vorliegt, sondern einfach Holz, langsam zerrissen, nachdem es seine Festigkeit durch langes Liegen in Wasser und weichem Kieselgel weitgehend verloren hatte. Solche Argumente haben bewirkt, dass das gleiche Fundstück, abgebildet in [1], Abb.9, und in [7], Abb.199, nicht als Holzkohle gedeutet wird. (Anders als der Titel [7] suggeriert, ist dieses Kieselholz nicht Bestandteil der Döhlen-Formation.)

Fossile Holzkohle ist eine beliebte Deutung einiger Paläobotaniker für schwarz und brüchig aussehendes fossiles Holz, besonders wenn es in rotem Chalzedon vorliegt (Abb.4), auch in scheinbar rätselhaften Anordnungen wie in Abb.5.
Stammquerschnitt, Perm, Fehldeutung als verkieselte HolzkohleStammlängsschnitt, Perm, Fehldeutung als verkieselte Holzkohle
Abb.4: Stammquerschnitt (Perm), angeblich in Holzkohle umgewandelt, ohne vor dem Verkieseln zu zerfallen. Winnweiler, Rheinland-Pfalz. Ausschnitt aus [2], Bild 449, Bildbreite 14cm.

Abb.5 (rechts): Stammlängsschnitt (Perm), Winnweiler, Rheinland-Pfalz.
Ausschnitt aus [3], Abb.6, dort als fossile Holzkohle gedeutet, aber als problematisch erkannt. Bildhöhe 1.3cm.

Offenbar hielten es die Autoren [2,4] für möglich, dass ein Stamm von selbst und als Ganzes zu Holzkohle wird, aber jeder Köhler weiß, dass ohne aufwendige Prozesssteuerung nur Asche entsteht.
Die Autoren [3] sahen die Probleme mit Abb.5 und versuchten, diese mit der Annahme zu umgehen, Kieselgel habe die Holzkohle in Blöcke zerteilt und diese auseinander geschoben. Es gibt jedoch anscheinend keine anderen Beispiele für Zerteilen durch Kieselgel.
Die Autoren [3] sahen weitere Probleme bei der Umwandlung dicker Stämme zu Holzkohle. Sie zogen ein "katastrophales Ereignis" in Erwägung, das die Stämme zu einem Haufen stapelte, der wie ein Meiler brannte. Sie sahen nicht die einfache Lösung: Die Probleme verschwinden mit der Annahme, es sei gar keine Holzkohle. Die Beobachtungen legen eine andere Erklärung nahe:
Anscheinend durchlief die Holzsubstanz einen langsamen Umwandlungsprozess, möglicherweise unter dem Einfluss von Mikroben, der schwarze Färbung, Festigkeitsverlust, und Schrumpfen mit Rissbildung zur Folge hatte. Entsprechend der Anisotropie der Festigkeit des Holzes begann die Strukturierung in Abb.5 mit senkrechten durchgehenden Rissen. Die Lücken zwischen den senkrechten Streifen oder Stäben aus Holz füllten sich mit Kieselgel, das am Holz haftete und dessen Festigkeit genügend hoch war, um zu verhindern, dass sich die Stäbe als Ganzes zusammenziehen konnten. Folglich wuchs die Schrumpfspannung bis der Stab riss. Mit fortgesetztem Schrumpfen rissen die Teile bis die Stücke so klein waren, dass die Schrumpfspannung nicht mehr größer werden konnte als die Festigkeit. Aus einfachen Überlegungen folgt, dass breitere Stäbe längere Bruchstücke liefern, was auch wirklich in Abb.5 zu sehen ist. Alle Risse und die Holzstücke füllten sich mit Kieselgel, das durch weitere Aufnahme von SiO2 und Abgabe von Wasser zu Chalzedon wurde.
Ein ähnlicher Zerfall des Holzes in würfelige Stücke, ohne Kieselgel weniger gleichmäßig, ist als Braunfäule bekannt.
Die Deutung als Holzkohle war mit den obigen Argumenten zurückgewiesen worden [5], aber im Museum für Naturkunde Chemnitz hält man daran fest, ohne Gegenargumente vorbringen zu können.
Abb.1-3: Fund W/55, eigene Sammlung, gefunden 1992 in Wilmsdorf (Golfplatz), Ortsteil von Possendorf  bei Dresden.  Fotos: M. Barthel.

Ergänzung 2015:   Endlich begriffen !
Die Autoren [2-4] brauchten ungefähr 10 Jahre, um sich mit dem Gedanken vertraut zu machen, dass ihre Deutung als Holzkohle falsch war, und sie präsentieren das nun als neue Erkenntnis [6]. Dieser Sinneswandel wäre eher möglich gewesen, wenn sie meine seit 2005 wiederholt vorgebrachten Argumente [5] zur Kenntnis genommen hätten. Das lässt hoffen, dass unermüdliche Kritik über lange Zeit auch in anderen Fällen eine positive Wirkung zeigt, wo Autoren wie  R. Rössler und R. Noll kritische Diskussionen scheuen. 
Ergänzung 2017:
Der Wunsch der Paläobotaniker, fossile Holzkohle zu finden, ist verständlich, denn diese ist ein wahrscheinlicher Hinweis auf Waldbrände in der Vergangenheit, deren Häufigkeit und Ausdehnung Rückschlüsse auf das damalige Klima zulassen. Die bekannte Schwierigkeit, die oft nur kleinteilig vorhandene fossile Holzkohle von schwarzem fossilem Holz zu unterscheiden, erfordert besondere Sorgfalt bei der Auswertung anatomischer Einzelheiten der Zellstruktur, möglichst mittels Elektronenmikroskop [8].


H.-J. Weiss    2011, 2015, 2017

[1]  M. Barthel : Pflanzenfossilen im rechten Licht. Veröff. Mus. Naturkunde Chemnitz 19(1996), 49-62.
[2]  R. Rössler : Der versteinerte Wald von Chemnitz. Museum f. Naturkunde Chemnitz, 2001, 179.
[3]  R. Noll, D. Uhl, S. Lausberg : Brandstrukturen an Kieselhölzern der Donnersberg Formation.
      Veröff. Mus. Naturkunde Chemnitz 26 (2003), 63-72.
[4]  R. Noll, V. Wilde :  Conifers from the „Uplands“ – Petrified wood from Central Germany, 
       in: U. Dernbach, W.D. Tidwell : Secrets of Petrified Plants, D'ORO Publ., 2002, 88-103
[5]  H.-J. Weiss : Seltsame Strukturen in Siliziten, Vortrag, 4. Hornstein-Treffen (2005),  Museum f. Naturkunde Chemnitz.
[6]  R. Rössler, R. Noll, D. Dietrich, V. Annacker, M. Merbitz : Taphonomic features of fossilised wood ...
      23rd Int. Workshop on Plant Taphonomy, Museum f. Naturkunde Berlin, 11/2014.

[7]
M. Barthel : Die Rotliegendflora der Döhlen-Formation. Geologica Saxonica 61(2015), 105-238.  (Voricht, falsche Größen !)
[8] A.Jasper, D. Uhl et al.: Evidence of wildfires in the Late Permian …,  Current Science 110 No3 Feb.2016, 419-423.
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