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Präkambrium: Archaikum – Ozeane und erste Bakterien 4,0 bis 2,5 Mrd. Jahre vor heute Im Archaikum entstand dann eine zweite Atmosphäre, aus Gasen, die aus dem Erdinneren entströmten. Diese zweite Atmosphäre bestand zu 80 % aus Wasserdampf, daneben aus Kohlendioxid und Spuren von Stickstoff u. a. Die Erde kühlte ab und vor 4 Mrd. Jahren sank die Oberflächentemperatur unter 100 &ndeg;C. Es war nun „kalt“ genug, dass Wasser kondensieren konnte. Daraufhin begann es zu regnen – der Regen dauerte mehrere 10000 Jahre an und ließ die Ozeane entstehen. Das meiste Kohlendioxid der Atmosphäre löste sich im Meerwasser, sodass sich vor 3,4 Mrd. Jahren eine dritte Atmosphäre bildete, die hauptsächlich aus Stickstoff und geringen Mengen Wasserdampf und Kohlendioxid bestand. Im Archaikum entstanden die ersten Bakterien. Bakterien sind Prokaryoten, also Einzeller ohne Zellkern . Von diesen ersten Bakterien sind sogar Überreste erhalten – die ca. 3,5 Mrd. Jahre alten Stromatolithen, von Bakterien gebildete Kalkstrukturen und die ältesten bisher gefundenen Fossilien. Dass wir heute auf der Erdoberfläche leben können, ohne durch die UV-Strahlung Schaden zu nehmen, verdanken wir der Ozonschicht, die die schädliche UV-Strahlung abhält. (Bekannt ist das Problem des „Ozonlochs“, das diese Schutzwirkung mindert.) Damals gab es keinen Sauerstoff in der Atmosphäre und demzufolge auch keine schützende Ozonschicht . Leben war damals deshalb nur im Ozean möglich. Zwar beherrschten Cyanobakterien vermutlich bereits damals die Photosynthese, bei der ja Sauerstoff abgegeben wird, aber der erzeugte Sauerstoff gelangte nicht in die Atmosphäre, weil er mit Elementen in der Umgebung reagierte. Präkambrium: Proterozoikum – erste Weichtiere 2,5 Mrd. bis 540 Mio. Jahre vor heute Die vierte Atmosphäre bildete sich im Proterozoikum, vor etwas über 2 Mrd. Jahren. Diese enthielt nun erstmals auch zunehmend Sauerstoff. Vor 1 Mrd. Jahre betrug der Sauerstoffgehalt der Atmosphäre 3 % (heute sind es ca. 21 %), und während der folgenden mehreren hundert Millionen Jahre konnte eine erste Ozonschicht entstehen. Im Proterozoikum gab es mehrere Vereisungen, von denen einige möglicherweise global waren, d. h., die Erde wäre dann nahezu vollständig von Eis bedeckt gewesen. Man nimmt an, dass sich im späten Proterozoikum vor 1,1 Mrd. Jahren ein Superkontinent gebildet hatte – der ähnlich wie Pangäa alle Landmassen in sich vereinigte. Man nennt ihn Rodinia. Vor 800 Mio. Jahren zerfiel Rodinia wieder. Vor etwa 2 Mrd. Jahren begannen einige Bakterien, Sauerstoff zur Energiegewinnung zu nutzen, und bald darauf traten die ersten Einzeller mit Zellkern auf ( Eukaryoten genannt) – im Gegensatz zu Prokaryoten also komplexer strukturierte Bakterien. Aus solchen Zellen bestehen auch alle Tiere und Pflanzen. Kurz vor dem Ende des Proterozoikums, vor 575 Mio. Jahren, entstanden die ersten Fossilien, die man auch mit bloßem Auge sehen kann. Diese sogenannte Ediacara-Fauna besteht aus Abdrücken von Weichtieren. Kambrium – Die Kambrische Explosion 541 bis 485 Mio. Jahre vor heute Zu Beginn des Kambriums wurde das Klima vermutlich wärmer, wodurch der Meeresspiegel stieg und flache, warme Schelf- und Epikontinentalmeere entstanden (Epikontinentalmeere sind Meere, die auf Kontinenten liegen). Solche flachen, warmen Meere sind eine ideale Umgebung für Lebewesen – denn Leben war im Kambrium immer noch nur im Ozean möglich. Die Ediacara-Fauna war bereits am Ende des Proterozoikums größtenteils wieder ausgestorben. Stattdessen erschienen im Kambrium stattdessen viele neue Gruppen vielzelliger Tiere – da so viele Tiere in relativ kurzer Zeit entstanden, spricht man von der Kambrischen Explosion. Eine „Explosion“ war dies allerdings nur in geologischen Zeiträumen, zog sich die Entwicklung doch immer noch über 5 bis 10 Mio. Jahre hin. Die Zahl der Fossilien aus dieser Zeit ist aber nicht nur höher, weil es insgesamt mehr Arten gab, sondern auch, weil es mehr Arten gab, die Skelette oder Gehäuse besaßen – also mehr Arten, die überhaupt als Fossilien enden konnten. Typische Tiere des Kambriums sind bspw. Trilobiten (inzwischen ausgestorbene Gliederfüßer), aber auch Brachiopoden (Armfüßer; sie sehen auf den ersten Blick aus wie Muscheln – ich als Biologie-Laie habe sie jedenfalls erst dafür gehalten). Ordovizium – erste Moose 485 Mio. bis 443 Mio. Jahre vor heute Zu Beginn des Ordoviziums war es so warm, dass beide Pole eisfrei waren – weil also wenig Wasser in Eis gebunden war, lag der Meeresspiegel hoch und es gab ausgedehnte Schelfmeere und Epikontinentalmeere (also flache Meere, die über Kontinentränder hinwegreichen [Schelfmeere] oder auf Kontinenten liegen [Epikontinentalmeere]). Wurden Riffe wurden bislang (u. a.) von Cyanobakterien gebildet, traten im Ordovizium Korallen auf und übernahmen die „Aufgabe“ als Riffbildner. Armfüßer erschienen in vielen neuen Arten und auch Moostierchen, Seelilien, Seeigel und Seesterne traten erstmals auf. Vermutlich hat es im Ordovizium sogar schon die ersten Landpflanzen gegeben, denn in Sedimenten aus dem oberen Ordovizium wurden Sporen von Moosen gefunden. Silur – Kaledonische Gebirgsbildung 443 Mio. bis 419 Mio. Jahre vor heute Auch im Silur war das Klima warm und es gab ausgedehnte flache Meere auf den Kontinenten. In den Epikontinentalmeeren in Äquatornähe bildeten Korallen und Stromatoporen Riffe, aus denen der Kalkstein auf der schwedischen Insel Gotland oder in den Karnischen Alpen in Österreich entstand. Tierisches Leben gab es nach wie vor nur im Meer – aus dem Obersilur stammt der erste fossile Knochenfisch. Auf dem Land gab es aber bereits Sporenpflanzen. Im mittleren Silur erschienen die ersten Gefäßpflanzen . Gefäßpflanzen transportieren Wasser und Nährstoffe in so genannten Leitbündeln. Devon – erste Fische 419 Mio. bis 356 Mio. Jahre vor heute Zwar war es im Devon warm und trocken – was wiederum mit hohem Meeresspiegel und entsprechend großen Schelfmeeren einherging –, aber möglicherweises ließ am Ende des Devon eine Vereisung der Pole die Ozeane auf der ganzen Erde abkühlen. Diese Abkühlung könnte schuld an dem Massensterben im oberen Devon sein, von dem viele Meeresbewohner betroffen waren. Im Devon entwickelten sich die Fische – Quastenflosser und Lungenfische. Außerdem eroberte die Tierwelt endlich das Land: Amphibien und ersten Insekten erschienen. Die Pflanzen waren schon ein Stück weiter: Urfarne und Bärlappgewächse breiteten sich aus und in den tropischen Sumpfgebieten dehnten sich die ersten Wälder. Außerdem gibt es im Devon erste Hinweise auf Mykorrhiza, einer Symbiose zwischen Pilz und Pflanze, die der Pflanze die Aufnahme von Wasser und Nährstoffen erleichtert. Heute profitieren 80 % aller Landpflanzenarten von einer solchen „Zusammenarbeit“. Karbon – variszische Gebirgsbildung und Kohlelager 356 Mio. bis 299 Mio. Jahre vor heute Das Klima war zunächst tropisch und dauerfeucht. Dadurch, dass Euramerika und Gondwana nun vereinigt waren, waren jedoch Küstenlinien verschwunden – weniger Gebiete hatten feuchtes Meeresklima und das Klima wurde insgesamt trockener. Im späten Karbon gab es ähnliche Wechsel zwischen Eiszeiten und Zwischeneiszeiten wie heute (siehe Quartär und Eiszeit ). Das ging mit einem schwankenden Meeresspiegel einher – Wasser, das im Eis gebunden ist, steht dem Ozean nicht zur Verfügung, weshalb während einer ausgedehnten Eisbedeckung der Meeresspiegel niedriger liegt als in einer Zwischeneiszeit. Da sich die Landpflanzen ausgebreitet hatten, hatte sich aufgrund der Photosynthese die Atmosphäre mit Sauerstoff angereichert: Der Sauerstoffgehalt in der Atmosphäre betrug im Karbon 32,5 %, also 50 % mehr als heute . Der hohe Sauerstoffgehalt ermöglichte wiederum den Insekten, sehr groß zu werden – Libellen hatten bis zu 60 cm Flügelspannweite. Erste Reptilien tauchten auf. Auch einige Pflanzen waren größer als ihre heutigen Nachfahren: Manche Bärlappgewächse erreichten Höhen von bis zu 40 m, Schachtelhalme wurden bis zu 20 m hoch. Im Oberkarbon traten erste Nacktsamer auf. Die Sumpfwälder verschwanden zum Ende des Karbon, für sie wurde das Klime zu trocken. Trockenheitsresistentere Nadelgewächse (die zu den Nacktsamern gehören) breiteten sich aus. Kohle Mitteleuropa und Deutschland lagen im Karbon am Äquator und Sumpfwälder mit üppigem Pflanzenwachstum gediehen hier. Abgestorbene Pflanzen versanken im Sumpf. Unter Wasser konnten sie nicht zu Humus zersetzt werden, stattdessen entstand Torf . Wegen des Wechsels zwischen Eis- und Zwischeneiszeiten schwankte der Meeresspiegel im späten Karbon, weshalb einige Gebiete immer wieder von Meerwasser überflutet wurden. Gleichzeitig wurde das variszische Gebirge durch Erosion abgetragen und bildete Sedimente im Meer. Die Sümpfe wurden daher immer wieder mit Sedimenten bedeckt. Unter diesen Sedimenten nahmen Druck und Temperatur zu und der Torf wandelte sich allmählich in Steinkohle um. Fiel das Gebiet wieder trocken, entstanden neue Sümpfe – und das ganze Spiel aus Sumpfwald–Torf–Überflutung mit Sedimentbildung–Steinkohle begann von neuem. In diesem Gebiet nördlich des Gebirges liegen u. a. die Kohlenflöze des Ruhrgebietes, 3000 m mächtige Schichten mit bis zu 200 Kohleflözen, deren jeder bis zu 2m dick ist. Jeder dieser Flöze war einmal ein tropischer Sumpfwald. Perm – Superkontinent Pangäa 299 Mio. bis 252 Mio. Jahre vor heute Zu Beginn des Perms gab es auf den Südkontinenten noch Gletscher, aber die steigenden Temperatur ließ bis spätestens vor 290 Mio. Jahren das Eis verschwinden. Das Klima erwärmte sich nicht kontinuierlich, und mit dem schwankenden Temperaturanstieg schwankte auch der Meeresspiegel, sodass Kontinentteile immer wieder überflutet wurden, um anschließend wieder trocken zu fallen. Wenn ein solches Epikontinentalmeer trocken fiel, das Meerwasser also verdunstete, lagerte sich das Salz aus dem Wasser ab. Auf die Weise bildeten sich mächtige Salzlagerstätten (siehe auch im nächsten Abschnitt „Europa und Deutschland“). Die zunehmende Trockenheit machte sich auch in der Artenzusammensetzung bemerkbar: Farnpflanzen wichen trockenresistenten Nadelgehölzen; Reptilien breiteten sich auf Kosten der Amphibien aus, da sie besser mit der Trockenheit zurecht kommen. Am Ende des Perm kam es zum größten Massensterben der Erdgeschichte: 95 % der Meeresbewohner und 65 % der Landbewohner starben aus. Die Schuld daran trägt möglicherweise ein mächtiger Vulkanausbruch in Sibirien, bei dem innerhalb von 600000 Jahren die Sibirischen Trapps entstanden, 3 km mächtige Flutbasalte auf einer Fläche, die 7-mal so groß ist wie Deutschland. Die vom Vulkan ausgestoßenen Staubwolken könnten zunächst das Sonnenlicht abgeschirmt haben, wodurch das Klima abkühlte. Zwar wird der Staub im Laufe der Zeit vom Regen ausgewaschen, aber nun könnten die in der Atmosphäre verbliebenen Treibhausgase (die ebenfalls aus den Vulkanen stammen) das Klima erwärmt haben, woraufhin die Meere umgekippt wären. Trias – erste Säugetiere und Samenpflanzen 252 Mio. bis 201 Mio. Jahre vor heute Das Klima der Trias war heiß und trocken, weite Teile Pangäas waren von Wüsten bedeckt, was sich auch in der Pflanzenwelt widerspiegelte: Samenpflanzen gewannen gegenüber den Sporenpflanzen, weil sie Trockenheit besser vertragen. Die Reptilien erlebten einen geradezu explosionsartigen Aufschwung, aber auch die ersten Säugetiere erschienen. Krokodile, Flugsaurier und Dinosaurier entwickelten sich. Jura – Pangäa zerbricht 201 Mio. bis 145 Mio. Jahre vor heute Da nach dem Zerbrechen Pangäas wieder mehr Küsten existierten und mehr Landstriche unter dem Einfluss von Meeresklima lagen, wurde das Klima im Jura feuchter, blieb aber zunächst warm. Zur Kreide hin kühlte es jedoch vorübergehend ab. Im späten Jura erschienen einige der berühmteren Tiere: zum einen die größten Dinosaurier, die je existiert haben, wie Brontosaurier oder Allosaurus; zum anderen entstand in Europa der Archäopterix. Dieses nur krähengroße Tier stand an der Schwelle zwischen Saurier und Vogel: Er verfügte schon über ein Federkleid mit Schwungfedern, hatte aber auch noch Finger mit Krallen und Zähne. Säugetiere gab es ebenfalls und im Meer leben u. a. Ichthyosaurier und Plesiosaurier. Unter den Pflanzen waren Palmfarne sehr häufig, aber es gab auch Gingkobäume und Nadelhölzer (bspw. Mammutbäume oder Kiefern). Kreide – Dinosaurier und Kreidefelsen 145 Mio. bis 66 Mio. Jahre vor heute Das Klima war in der Kreide wärmer und feuchter als heute, sodass – mit Ausnahme der frühen Kreide – die Erde während der gesamten Zeit eisfrei war. Die Ursache für das warme Klima liegt möglicherweise in dem intensiven Vulkanismus während der Kreide, denn bei Vulkanausbrüchen entweichen immer auch Treibhausgase. In der Kreide entstanden die als Schreibkreide bekannten weichen Kalksteine, die auch die bekannte weiße Steilküste Rügens bilden. Die „Urheber“ der Kreidefelsen sind Kalkalgen, die sich während der Kreide ausbreiteten. Nach dem Absterben der Algen sedimentierten deren Skelette und bildeten im Laufe der Zeit ein nur wenig verfestigtes Sedimentgestein. Wie weich dieser Kalkstein ist (dass er kaum den Namen „Stein“ verdient), sieht man an den vor allem nach langen Regenperioden auftretenden Abbrüchen an den Rügener Kreidefelsen, bei denen es auch immer wieder zu Todesopfern kommt, weil Spaziergänger die Gefahr der Abbrüche unterschätzen. Auch die berühmten Wissower Klinken sind 2005 einem Abbruch zum Opfer gefallen. Größere Lebewesen in der Kreide waren bspw. moderne Haie und eine Vielzahl von Belemniten (deren Überreste man als Donnerkeile am Ostseestrand finden kann). Seeigel erlebten eine Blütezeit und können mit Glück am Ostseestrand als Fossil gefunden werden – was mir leider noch nie gelungen ist. Die bekanntesten Lebewesen der Kreide sind wohl die Dinosaurier. Aber auch Säugetiere traten bereits in großer Vielfalt auf. Erste strauchige Blütenpflanzen entwickelten sich und Laubbäume erschienen. Das Dinosauriersterben Das wohl bekannteste Massensterben der Erdgeschichte spielte sich am Ende der Kreide ab: das Aussterben der Dinosaurier. Die Dinosaurier waren die berühmtesten Opfer, aber nicht die einzigen – auch viele Meeresbewohner starben aus. Vögel und Säugetiere überlebten, wurden aber stark dezimiert. Schuld war wahrscheinlich ein Meteor mit 10 km Durchmesser, der zum Ende der Kreide einschlug. Der Einschlagskrater befindet sich auf Yucatán in Mexiko . Bei dem Einschlag wurden große Gesteinsmengen bis ins Weltall geschleudert, die ihrerseits Einschläge an vielen Stellen der Erde erzeugten, als sie wieder herabfielen. Die Atmosphäre heizte sich auf, riesige Waldbrände entzündeten sich. Im Einschlagskrater drang Magma an die Erdoberfläche, giftige Gase entwichen, Vulkanasche und Staub wurden in die Atmosphäre geschleudert. Der Staub schirmte das Sonnenlicht ab, Dunkelheit und Kälte brachten die Photosynthese der Pflanzen weitgehend zum Erliegen. Die in die Atmosphäre geblasenen Gase verursachten sauren Regen. Zwar wurden die Staubpartikel aus der Atmosphäre ausgewaschen, sodass das Sonnenlicht wieder hindurchdrang, aber das Kohlendioxid blieb in der Atmosphäre. Kohlendioxid ist bekanntlich ein Treibhausgas, sodass der Treibhauseffekt sich verstärkte und die Temperatur stieg. Allerdings ist unklar, ob der Einschlag und seine Folgen als alleinige Ursache für das Massensterben ausreichten, oder ob noch andere Ereignisse eine Rolle spielten. So könnte auch der massive Vulkanismus der Kreide zur Klimaverschlechterung beigetragen haben und eine Mitschuld am Massensterben tragen. Zum Ende der Kreide gab es bspw. intensive Ausbrüche in Südindien – das dabei austretende Magma bildete 2 km dicke Basaltschichten, die Dekkan-Trapps. Paläogen – Säugetiere und Oberrheingraben 66 Mio. bis 23 Mio. Jahre vor heute Im Paläogen herrschte zunächst ein warmes Klima. Nordamerika und große Teile Europas waren im mittleren Paläogen von tropischen und subtropischen Wäldern bedeckt. In Mitteldeutschland gab es Grassteppen und Moore mit tropischer Vegetation . Nachdem sich Australien von der Antarktis getrennt hatte, konnten sich jedoch Meeresströmungen rund um die Antarktis bilden und das Gebiet von wärmerem Wasser abschneiden. Daraufhin vereiste die Antarktis vor ca. 30 Mio. Jahren. Das Klima kühlte ab, in den höheren Breiten verschwanden die tropischen Wälder und Savannen breiteten sich aus. Nachdem die Dinosaurier am Ende der Kreide ausgestorben waren, wurden die Säugetiere zu den dominierenden Landtieren; neue Ordnungen entstanden, wie die Unpaarhufer oder die Primaten. In den Mooren des unteren Paläogens bildete sich Braunkohle , bspw. die Braunkohlevorkommen bei Helmstedt. Braunkohle entsteht auf dieselbe Weise wie Steinkohle (siehe Karbon ) – indem abgestorbene Pflanzenreste in Mooren nicht verwesen, sondern zu Torf werden, und dieser dann von Sedimenten überdeckt wird und unter deren Druck zu Kohle wird. Der Unterschied zur Steinkohle ist, dass die Braunkohle jünger ist und noch nicht den gesamten Prozess der Inkohlung durchlaufen hat. Neogen – Lucy und niederrheinische Braunkohle 23 Mio. bis 2,6 Mio. Jahre vor heute Im kälter und trockener werdenden Klima weichen die vorher weit verbreiteten tropischen Wälder und machen offenen Wälder und Graslandschaften Platz. Das macht sich auch in der Tierwelt bemerkbar – Weidetiere entwickeln sich weiter. Afrika war damals feucher und bewaldet (selbst die Sahara war eine Savanne). In dieser Umgebung erleben die Menschenaffen eine Blütezeit. Zur Familie der heutigen Menschenaffen zählen die Gattungen Orang-Utan, Gorilla, Schimpanse und Mensch. Aus dieser Zeit stammt auch die berühmte Lucy – dieses 3,2 Mio. Jahre alte Teilskelett wurde in Äthiopien gefunden und war bereits an den aufrechten Gang angepasst. Es zählt zu den Homini, diese umfassen alle Arten der Gattung Homo (sowohl den heute lebenden Menschen Homo sapiens als auch die ausgestorbenen Vorfahren dieser Gattung). Quartär – Eiszeiten und Zwischeneiszeiten 2,6 Mio. Jahre vor heute bis heute Die Antarktis vergletscherte bereits vor 30 Mio. Jahren im Paläogen. Zu Beginn des Quartärs bildeten sich nun auch Gletscher auf der Nordhalbkugel und das quartäre Eiszeitalter begann. Ein Eiszeitalter dauert mehrere Millionen Jahre. Es zeichnet sich dadurch aus, dass beide Pole mit Eis bedeckt sind. (Perioden, in denen die gesamte Erde eisfrei ist, heißen akryogenes Warmklima.) Innerhalb eines Eiszeitalters wechselt das Klima zwischen Eiszeiten (Kaltzeiten) – in denen die globale Durchschnittstemperatur noch einmal um einige Grad niedriger ist und die Eisschilde sich von den Polen her ausbreiten – und Zwischeneiszeiten (Warmzeiten). Zurzeit leben wir in einer Zwischeneiszeit, die letzte Eiszeit (Weichsel-Eiszeit in Norddeutschland genannt) ging vor 10000 Jahren zu Ende. Während der letzten Eiszeit bedeckten die Eisschilde etwa 30 % der Erdoberfläche (heute sind es nur ca. 10 %). Die Dicke des Eispanzers betrug bis zu 3 km, die globale Mitteltemperatur lag zum Maximum der letzten Eiszeit ca. 5 °C tiefer als heute. Wasser, das im Eis gebunden ist, fehlt den Ozeanen – der Wasserspiegel lag während der letzten Eiszeit daher um 100 m tiefer als heute. Landbrücken bildeten sich, bspw. über die Beringstraße zwischen Nordasien und Nordamerika. Über diese Landbrücke erfolgte wahrscheinlich die Besiedlung Amerikas. Auffällig ist im Quartär die so genannte Megafauna, große Tierarten wie Wollhaarmammut oder Wollnashorn in Europa oder Säbelzahnkatzen und Riesengürteltiere in Nordamerika. Allerdings starben die großen Tiere nach der letzten Eiszeit aus, wobei die Ursache für ihr Verschwinden unklar ist. Möglicherweise war sogar der Mensch schuld, da die Tiere Jagdbeute warn. Aber auch die Klimaänderung mit dem Beginn der Zwischeneiszeit könnte die Ursache gewesen sein. Lediglich in Afrika gibt es auch heute noch schwerere Arten wie Elefant oder Nashorn. Vor 200000 bis vor 130000 Jahren entstand in Europa der Neandertaler, starb aber vor 30000 Jahren wieder aus. Unsere Art, der Homo Sapiens, entstand vor 160000 Jahren in Afrika und erschien vor ca. 40000 Jahren in Europa.