Vulkanismus und Fossilisation
Bekanntlich schafft der Vulkanismus günstige Bedingungen für die
Fossilisation terrestrischer Lebensräume. Die Eruptionswolke kann alles
mit einer Schicht vulkanischer "Asche" bedecken. Diese Asche enthält
feindisperses SiO2,
das von Regenwasser gelöst wird und sich an den zerfallenden
organischen Substanzen absetzt (Abb.1). Die meisten Kieselhölzer
sind auf diese
Weise entstanden.
Das Auslaugen des SiO2 aus
vulkanischen Ablagerungen geschieht über lange Zeit. Sümpfe mit neuer
Vegetation haben Zulauf von kieselhaltigem Wasser, das beim Vermischen
mit dem sauren Sumpfwasser schnell zu Kieselgel werden kann. Während
immer mehr
SiO2 in
das Gel
diffundiert und dort das Wasser verdrängt, kann der ganze Sumpf mit
Wasser, Wassertieren, Schlamm, Mikroben, Sumpfpflanzen einschließlich
Bäumen zu Hornstein
werden (Abb.2).
Fundstücke
aus zu Tuff verfestigten vulkanischen Ablagerungen und jene aus zu
Hornstein gewordenem Sumpf können gelegentlich am gleichen Ort gefunden
werden, wie die hier abgebildeten.
Abb.1
(links): Rotliegend-Tuff, gefunden als loser Brocken, schwach gerundet,
mit Kieselholz vom Nadelholz-Typ, mit Schrumpfrissen, gefüllt mit einem
weißen Mineral.
Länge des Holzes 18cm.
Abb.2: Kieselholz vom Nadelholz-Typ in weißem
Chalzedon, anscheinend zerrissen, während es in erweichtem
Zustand im Wasser lag.
Auflicht-Foto, Bildbreite 4.5mm.
Eine weitere Möglichkeit der Verkieselung infolge vulkanischer
Aktivität ist dadurch gegeben, dass noch Millionen Jahre
später heiße Mineralquellen aktiv sein können, die zahlreiche
Wasserbecken und Sümpfe in wechselnder Anordnung erzeugen [1]. Auf eine
solche Weise ist der Stapel Dutzender fossilreicher Hornsteinschichten
zwischen Sandstein, Schiefer, Tonstein etc. an der berühmten Fundstelle
Rhynie
entstanden [2].
Anders als Lavaströme werden Ascheregen durch explosive
Eruptionen von Magma erzeugt, das große Mengen gelöster Gase enthält,
die entweichen und Blasen bilden, wenn im aufsteigenden Magma der Druck
nachlässt. Die Explosion infolge freigesetzter Gase kann so stark sein,
dass das Magma zu einer großen heißen Wolke verspritzt wird. Was
anschließend geschieht, hängt von der mittleren
Dichte oder Gewicht pro Volumen der
Wolke ab. Mit leichter heißer Luft und leichtem Wasserdampf zwischen
den Tröpfchen kann die Wolke leichter sein als die
umgebende Luft. In diesem Falle steigt die Wolke auf, dehnt sich aus
und kühlt sich dabei etwas ab, bis sie im Gleichgewicht schwebt,
während die
inzwischen erstarrten Tröpfchen heraus fallen wie Regen aus einer
Regenwolke und unten als "Asche" ankommen.
Wenn
die Wolke schwerer als Luft ist, fällt sie herunter, fließt den Abhang
hinab und weiter mit hoher Geschwindigkeit, getrieben durch den
Schwung, über ebenes Land und
sogar bergauf und kann dabei alles umwerfen, was im Wege steht. Die
starke Turbulenz der Strömung verhindert, dass die Tropfen herunter
fallen. Wenn die Strömung so langsam geworden ist, dass sie die
Turbulenz nicht mehr aufrecht erhalten kann, setzen sich die Tropfen
einfach ab, womit sich die Lawine sozusagen in heiße Luft aufgelöst
hat.
Solche Phänomene, bekannt als pyroklastische Ströme, können Äste
abreißen und wegtragen, Baumstämme umwerfen und ganze sumpfige
Lebensräume hinweg blasen. Das mag ein
Grund dafür sein, dass große versteinerte Baumstämme oft allein liegend
gefunden werden.
Hier können einige weitere Betrachtungen nützlich sein. Der
Schaden durch die lawinenartige Strömung wird in
manchen Veröffentlichungen der
Explosionsdruckwelle* des Ausbruchs zugeschrieben [3]. Dagegen ist
einzuwenden, dass die Intensität der
Druckwelle vorwiegend nach oben verpufft und sich mit der
Entfernung schnell abschwächt, aber die Intensität der Strömung bleibt
konzentriert und wirkt deshalb über größere Entfernung. Die Druckwelle
läuft mit Schallgeschwindigkeit, ca. 1200km/h, aber für die Ausbreitung
des Schadens wurden ca.
400 bis 1000km/h angegeben, folglich kann der Vorgang nicht als Welle
bezeichnet werden. Eine Lawine, die eine Druckverteilung mit sich
führt, ist keine Druckwelle, und auch die bewegte Druckverteilung der
Lawine für
sich allein betrachtet ist keine Druckwelle. Offenbar benutzen manche
Vulkanologen den Begriff "Welle" in einem umgangssprachlichen Sinne
auch für Strömungsphänomene ohne wahre Welle, was ein tieferes
Verständnis behindert. Manche Geologen berufen
sich auf diese Vulkanologen, wenn sie
mit gleicher Wortwahl argumentieren.
Eine
kompliziertere und ebenso ungeeignete Gedankenkonstruktion ist die
"seitwärts gerichtete Explosionsdruckwelle", die gelegentlich als
Erklärung für den geknickten Wald an einer Seite des Mt.
St.Helens angeboten wird, auch als Ursache
für die Asymmetrie des ganzen Vulkans nach dem großen
Ausbruch 1980. In Wirklichkeit brachte zuerst ein Bergrutsch die
Asymmetrie, mit dadurch ausgelöstem asymmetrischem Ausbruch und
pyroklastischem Strom.
Eine
weitere fragliche Sache ist die simplistische Erklärung der
Explosivität von Vulkanen mittels Grundwasser. Ein solcher ursächlicher
Zusammenhang erscheint auf den ersten Blick denkbar, aber nicht mehr
nach Überlegung. Manche Vulkanologen setzen als gegeben voraus, dass
der Kontakt von Wasser und Magma eine Explosion gibt. Diese Idee
scheint von einer einzigen Beobachtung zu kommen: Ein Wassertropfen
explodiert, wenn er auf eine glühende Platte fällt. Mit einem
umgekehrten Experiment, oder nur mit der Vorstellung davon, kommt man
dem Magma-Problem näher: Wenn man die glühende Platte in den Pool
fallen lässt, gibt es keine Explosion, nur kochendes Wasser, ebenso wie
bei Magma, das in das Meer fließt.
Es ist auch leicht vorstellbar, wie Grundwasser sich verhält, wenn es
in Kontakt mit Magma kommt: Es weicht in der porösen
Schicht zurück, getrieben von Dampf, der es auf Abstand
vom Magma hält. Fluide Komponenten
des Magmas können in die Porenräume einringen
und Minerale ablagern.
Es gibt grafische Darstellungen, publiziert von Vulkanologen, die
veranschaulichen sollen, wie das Wasser angeblich aus
einer wasserführenden Schicht direkt in das Magma eines aktiven
Vulkans fließt und dabei seine Explosivität verstärkt. (Diese Ansicht
wird im
Steinmann-Institut Bonn und anderswo vertreten [3].) In Wirklichkeit
entsteht explosives Magma durch Aufschmelzen von Sedimenten, deren
Minerale Kristallwasser enthalten. Dieser Wassergehalt bleibt im Magma
unter Druck gelöst und entweicht als Dampf, sobald der hydrostatische
Druck abnimmt, während das Magma aufsteigt, wobei ein pyroklastischer
Strom entstehen kann, wie oben beschrieben.
Fundstücke: gefunden nahe dem oberen Ende eines Feldes,
jetzt Golfplatz, in Wilmsdorf, Döhlener Becken (Rotliegend)
bei Dresden.
Der Tuff
mit eingelagertem Holz wurde von Sieglinde
Weiss gefunden.
H.-J.
Weiss
2013 2014
*
Anmerkung
2014: "Explosionsdruckwelle" gilt Wissenschaftlern, denen
physikalisches Denken schwer fällt, nach wie vor als geeigneter
Begriff, um die zerstörende Wirkung eines Vulkanausbruchs zu
begründen. Nebenbei sei erwähnt, dass in der poetischen Umschreibung
der Fossilisation kein Sinn erkennbar ist. (Beide Ausschnitte aus Freie
Presse, Chemnitz, 22.1.2014.)
[1] C.M.
Rice
et al.: A Devonian auriferous hot spring system, Rhynie, Scotland.
J. Geol. Soc. London
152(1995), 229-250.
[2] N.H.
Trewin, C.M. Rice:
Stratigraphy and sedimentology of the Devonian Rhynie chert
locality.
Scott. J. Geol. 28(1992),
37-47.
[3] R.
Rössler: Der versteinerte Wald von Chemnitz. Museum
für Naturkunde Chemnitz, 2001, 182-191.
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