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Stromatoliet
Moderne Stromatolith-Kolonie in der Western Australian Shark Bay (Hamelner Pool)
Fossil Stromatolithen im Unteren Buntsandstein in Wilhelmshall (Huy, Sachsen-Anhalt)
Stromatolith aus dem Assegebirge in Braunschweig, eine der Kopien, die Kalkowsky für seine Beschreibung benutzte (1908)

Stromatolithen (aus dem Griechischen μαstroma=niedrig und λίθοςLithographie= Stein) sein Sedimentgestein biologischen Ursprungs. Sie entstehen, weil während des Wachstums und Stoffwechsel von Mikroorganismen Unterwasser Sedimentpartikel eingefangen oder durch gelöste Stoffe niederschlagen. Sie sind geschichtet und bestehen aus dünnen Schichten Kalkstein. Diese Schichten können flach sein oder konkav nach oben gebogen oder aus mehreren solcher Formen als Säulen nebeneinander zusammengewachsen. Die Stromatolithen sehen knollenförmig aus und die gewellten "Schalen" ähneln manchmal einem Blumenkohl. Es gibt auch eine Variante von Stromatolith, die nicht geschichtet, sondern geclustert ist: die Thrombolit.

Der älteste bekannte Fossilien sind überwiegend Stromatolithen. Daher wird angenommen, dass sie Hinweise darauf geben können, wie Leben auf der Erde zu komplexeren Formen entwickelt.[1]

Der Begriff Stromatolith wurde erstmals 1908 angenommen Ernst Kalkowsky verwendet in Bezug auf Funde im Norddeutschen bunter Sandstein.In dem Museum für Mineralogie und Geologie Dresden, dessen Direktor er war, liegt der Fels, den er dafür entworfen hat erste Beschreibung benutzt.

Ursprung

Für die Bildung eines Stromatolithen, a Biofilm erforderlich. Das ist eine Schicht von Mikroorganismen, die von einer selbst produzierten Schleimschicht umgeben ist und an einer Oberfläche haftet. Bei heutigen Stromatolithen ist der Biofilm 1-10 mm dick und besteht aus einer Basisschicht aus heterotrophBakterien, also Bakterien, die organisches Material Leben. In der obersten Schicht befinden sich hauptsächlich phototrophe Mikroorganismen zusammen mit einer kleinen Anzahl von Heterotrophen. In dieser Schicht, unter dem Einfluss von Licht, neu organisches Material produziert werden. Der Schleim besteht aus Polysaccharide und andere Biopolymere und spielt eine wesentliche Rolle bei der Bindung von Sedimentpartikeln.

Die meisten Stromatolithen bestehen aus Kalkstein das wird durch Niederschläge verursacht. Dazu Meerwasser mit einer hohen Konzentration an Kalzium- und Carbonationen (gelöster Kalk) benötigt. Aufgrund der intensiven Umwandlung von Kohlendioxid durch die Mikroorganismen ist die unmittelbare Umgebung alkalisch und reduziert die Löslichkeit von Kalziumkarbonat, das als Kalk ausfällt. Bestimmte Biopolymere fungieren als Kristallisationskeime durch Herstellung negativ geladener Atomgruppen. Bei heutigen Stromatolithen sind es hauptsächlich marine benthonische Cyanobakterien (Blaualgen), die dies verursachen. Dies betrifft hauptsächlich die Sauerstoffversorgung Photosynthese, wo Kohlendioxid reduziert und Sauerstoff entsteht. Es geht teilweise darum anoxygene Photosynthese bei welchem Schwefelwasserstoff wird reduziert und Schwefel oder Sulfat entsteht.

Durch die Ansammlung von eingeschlossenen Sedimentpartikeln und/oder gefälltem Kalk werden die Mikroorganismen eingeschlossen und bedeckt. Durch kontinuierliches Wachstum, d.h. Zellteilung in der Höhe wird der Biofilm an der Basis inaktiv und stirbt ab, wächst aber weiter nach oben. Dadurch wächst der Stromatolith insgesamt weiter nach oben. Der Ursprung der Schichtstruktur ist nicht vollständig geklärt. Es handelt sich vermutlich um einen komplexen Prozess, der den Tag-Nacht-Zyklus, Veränderungen der Sedimentablagerung, jahreszeitliche Veränderungen der Wasserchemie und Veränderungen der biotischen Lebensgemeinschaft des Biofilms umfasst. Über die Wachstumsraten ist wenig bekannt, die aktuellen Stromatolithen im Hamelin Pool (siehe unten) wachsen etwa 0,3 mm pro Jahr.

Stromatolithen können sich nur bilden, wenn der für das Wachstum notwendige Biofilm nicht von anderen Organismen genutzt wird abgegrast. Während der Präkambrium solche Organismen gab es noch nicht. Zu dieser Zeit entstanden viele Stromatolithen, die Fossilien gefunden werden. Später konnten Stromatolithen nur dort wachsen, wo sie Umgebung war feindlich gegenüber anderem Leben, zum Beispiel in höherem Salz inKonzentrationen.

Fossilien

In diesen Stromatolithen aus dem Osten Anden, südlich der bolivianischen Stadt cochabamba die feine schichtstruktur ist gut zu erkennen. Sie sind etwa 70 Millionen Jahre alt
Mehr als 1 Milliarde Jahre alte Stromatolithen aus der Siyeh-Formation Glacier-Nationalpark, Montana, USA.

Stromatolithen gelten als die frühesten von lebenden Organismen gebildeten Strukturen. Sie entstanden vor 3,5 Milliarden Jahren im Präkambrium. Laut einer Studie aus dem Jahr 2016 ist der Fund in Grönland in IsuaGneis sogar 3,7 Milliarden Jahre alt.

Das warrawoonaSerie in West-Australien ist 3,5 Milliarden Jahre alt. [2]Die Stromatolithen aus dem FeigenbaumGruppe, Swasiland Supergruppe in Barberton Mountain Land, Südafrika, sind etwa 3,4 Milliarden Jahre alt.

lange bevor Korallen vorhanden, wichtig Riffe aus Stromatolithen. Bis vor einer Milliarde Jahren wurden Stromatolithen in fast allen Küstengebieten gefunden. Vor 700 Millionen Jahren nahm die Verbreitung und Vielfalt der Stromatolithen ab und seit etwa 450 Millionen Jahren sind sie bis heute sehr selten.[3] Es wird angenommen, dass die aufstrebenden Eukaryoten die Biofilme abgegrast.

Zeitgenössische Bevölkerungen

Allgemeines

Zeitgenössische, wachsende Stromatolithen existieren nur in wenigen ökologische Nischen die sich meist durch eine erhöhte Salzkonzentration bemerkbar machen: Lagunen, Salz- und Sodaseen. Das heißt jedoch nicht, dass frühere Stromatolithen unter den gleichen Bedingungen gewachsen sind

Wachsende Stromatolithen kommen in Australien in den Haibucht, im Rosa See und Spencer Lake in West-Australien, in Ägypten (Sinai) in der Sonnensee, in China auf Han-Nan-Insel, in dem Persischer Golf, in Brasilien in Lagoa Salgada, in den USA in Texas in Grüner See (Texas), in Kalifornien in Monosee, in dem Yellowstone Nationalpark, auf der Bermuda, in Mexiko im Bacalar-Lagune, in der Antarktis in Untersee, in der Türkei in der vanmeer und in einigen alkalischen Kraterseen: satonda in Indonesien, Niuafo'ou auf Tonga, Kauhako auf Molokai (Hawaii) und Alchichica im Puebla (Mexiko).

Hamelner Pool Marine Naturschutzgebiet

"Rote Kuppeln"
"getuftete matten"
Eine lebende Stromatolith-Kolonie bei Thetissee in Westaustralien

Im Haibucht in Westaustralien wurden im Juni 1956 noch wachsende Stromatolithen entdeckt. Sie zählen als UNESCO-Weltkulturerbe. Das Wasser ist etwa doppelt so salzhaltig wie im freien Ozean, wesernde Organismen wie Schnecken bleiben daher fern. In Abwesenheit natürlicher Feinde wachsen die Stromatolithen hier maximal 1 cm pro 30 Jahre.

Die Cyanobakterien im Biofilm nehmen dabei pro Stunde und Quadratmeter etwa 17–113 mg Kohlenstoff aus Kohlendioxid auf.

Folgende Formen kommen in Hamelin Pool Marine Nature Reserve vor:

  • "Blumenkohl"-Strukturen, von denen die ältesten 1-1,5 m hoch sind.
  • Rotkappenkuppeln: Grau-schwarze flache Gebilde am Strand mit rostrotem „Hut“. Sie wachsen seit 500-1000 Jahren nicht mehr, weil der Wasserspiegel gesunken ist. Die rote Farbe kann durch Kontakt mit eisenhaltigem Wasser oder durch Bakterien verursacht worden sein; die Ursache wird noch diskutiert.
  • Teppiche ("Tufted Matts"), die von weitem an Filzmatten erinnern. Diese Strukturen sind kaum einen Zentimeter hoch und noch sehr jung.

Thetissee

Australien hat auch eine Bevölkerung in Thetissee in der Nähe des kleinen Ortes Cervantes. Ein leicht alkalischer Salzsee mit einem Salzgehalt von 53g Salz pro Liter, einem pH-Wert von 8,5-9 und einer Tiefe von 2-3 Metern. Hier handelt es sich um kuppelförmige Stromatolithen mit einem Durchmesser von 30-40 Zentimetern und einer Höhe von etwa 1 Meter. Sie bestehen hauptsächlich aus Aragonit, eine Art Kalkstein. Die oberste Schicht des Biofilms enthält Cyanobakterien von dem entophysalis-Gruppe.

Stromatolithen als Indikator für die Bildung von Sauerstoff

Stromatolith mit Einschlüssen von Eisen(II)-disulfid aus Thüste, Niedersachsen

Das Auftreten von Stromatolithen zusammen mit sogenannten "gebänderte Eisenformationen“, Sedimentsteine ​​mit dünnen Eisenoxidschichten, wird als Zeichen dafür gewertet, dass molekularer Sauerstoff, erzeugt durch Photosynthese, vorhanden war. Dabei wird vermutet, dass Cyanobakterien die Stromatolithen als Sauerstoffproduzenten dominierten. Diese Ansicht wird wie folgt begründet:

  • Seit Beginn der Geschichte der Gewässer auf der Erde war Eisen nur als Fe2 Ionen vorhanden. Dies war nur möglich aufgrund der Verfügbarkeit von Sauerstoff für dreiwertiges Eisen oxidiert einbiegen in. Sedimente mit dreiwertigem Eisen, wie Hematit und Magnetit, konnte nur in Gegenwart von molekularem Sauerstoff entstehen (Schidlowski, S. 531)
  • Zuvor war nur eine geringe Konzentration an molekularem Sauerstoff verfügbar, die Photolyse Wasser und das für die Oxidation von zweiwertigem Eisen nicht ausreichte. (Schidlowski, S. 531)
  • Analog zum Wachstum moderner Stromatolithen müssen auch die Cyanobakterien auf fossilen Stromatolithen Sauerstoff produziert haben.
  • In den fossilen Stromatolithen wurden Überreste von Mikroorganismen gefunden, die von Organismen abzustammen scheinen, die wie moderne Cyanobakterien aussahen.

Schon früh wurde diese Sichtweise in Frage gestellt und Unklarheiten identifiziert. Weitere Recherchen haben die Einwände geklärt. Mehrere Erkenntnisse stellten die Absolutheit des Modells in Frage:

  • Unter dem Einfluss von UV-Strahlung und blauem Licht ist die Oxidation von zweiwertigem Eisen möglich (2 Fe2 2 H → 2 Fe3 huh2) und die genannten Eisenerze können auch ohne molekularen Sauerstoff gebildet werden.
  • Stromatolithen können auch abiotisch entstehen.
  • Einige Forscher glauben, dass die Struktur fossiler Stromatolithen aus Westaustralien und Westgrönland (3,465 bzw. 3,8 Milliarden Jahre alt) nicht von Organismen stammt, sondern abiotisch entwickelt wurde.

Die Struktur von Stromatolithen, die jünger als 3 Milliarden Jahre sind, ist biologischen Ursprungs, die älterer möglicherweise nicht.

  • Die Überreste von Mikroorganismen in jüngeren Stromatolithen können auch Stämme von anderen Mikroorganismen als Cyanobakterien sein. Aber selbst wenn sie zu letzteren gehören, heißt es nicht, dass sie damals sauerstoffhaltige Photosynthese betrieben, denn moderne Cyanobakterien können stattdessen auch Schwefelwasserstoff reduzieren und dann wird kein Sauerstoff produziert.

Tatsächlich scheint dies bei relativ jungen oberen Stromatolithen der Fall zu sein Malmö gefunden bei Thüste (SW Hildesheim). Diese stammen vermutlich aus einer sauerstofffreien Umgebung und enthalten Eisen(II)-disulfit.

Zusammenfassend lässt sich sagen, dass nach derzeitigem Kenntnisstand das Auftreten von gebänderten Eisenformationen und Stromatolithen zeigt, dass zu diesem Zeitpunkt bereits molekularer Sauerstoff existierte. Diese Hinweise sind jedoch kein eindeutiger Beweis, Sauerstoff kann auch erst später in der Erdgeschichte durch sauerstoffhaltige Photosynthese entstanden sein.

Siehe auch

Externe Links

Literatur

  • M. Walter und A. Allwood: Leben auf der Erde, primitive Organismen und

Mikrofossilien, Biosedimente und Biofilme. Im: Enzyklopädie der Geologie, Voll. 1. Elsevier, London 2004. S. 279–294.

  • A. Allwood und A. Brown: Auf der Suche nach den ältesten Zeugnissen des Lebens auf

Erde. Im: Mikrobiologie Australien, Voll. 25 (1), 2004, S. 26–27.

  • A. Knoll: Leben auf einem jungen Planeten: Die ersten drei Milliarden Jahre von

Evolution auf der Erde. Princeton University Press, Princeton, NewJersey, USA 2003, ISBN 0-691-12029-3 .

  • A. Olcott, F. Corsetti und A. Stanley: Ein neuer Blick auf Stromatolith

Formenvielfalt, 2002 Geologische Jahrestagung, Denver, Oktober2002.

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