Ordovizium

Ordovizium SystemdesPhanerozoikums
Ära	Paläozoikum
System davor	Kambrium
Beginn	485,4mya
Ende	443,4mya
System danach	Silur
Mittlerer atmo­sphä­ri­scherO2-Anteil	ca. 13,5 Vol.-% (68 % des heutigen Niveaus)
Mittlerer atmo­sphä­ri­scherCO2-Anteil	ca. 4200ppm (11-faches heutiges Niveau)
Mittlere Bodentem­peratur	ca. 16 °C (2 °C über heutigem Niveau)
❮ System Serie Stufe ≈ Alter (mya) ❮ später später später jünger O r d o v i z i u m Ober- ordovizium Hirnantium 443,4 ⬍ 445,2 Katium 445,2 ⬍ 453 Sandbium 453 ⬍ 458,4 Mittel- ordovizium Darriwilium 458,4 ⬍ 467,3 Dapingium 467,3 ⬍ 470 Unter- ordovizium Floium 470 ⬍ 477,7 Tremadocium 477,7 ⬍ 485,4 früher früher früher älter

DasOrdoviziumist das zweitechronostratigraphischeSystem(bzw. Periode in derGeochronologie) desPaläozoikumsin derErdgeschichte.Das Ordovizium begann vor etwa 485,4 Millionen Jahren und endete vor rund 443,4 Millionen Jahren. Es wird vomKambriumunterlagert, 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 Lapwortheingeführt. Er leitete ihn von denOrdovicernab, einem keltischen Volksstamm, der inWalesansässig 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 fluctivagusdefiniert. Diese Grenze liegt etwas oberhalb derCordylodus lindstromi-Conodonten-Zone und etwas unterhalb des Erstauftretens der ersten planktonischenGraptolithen(Staurograptus dichotomusundRhabdinopora praeparabola). Die Obergrenze (= Untergrenze desSilurs) wurde mit dem Erstauftreten der Graptolithen-ArtAkidograptus ascensusfestgelegt; das Erstauftreten der Graptolithen-ArtParakidograptus acuminatusliegt 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 Lakeund 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 chronostratigraphischeStufenunterteilt (in der Übersicht):

Leben im Ordovizium,DioramaimNational Museum of Natural History

• System:Ordovizium(485.4 bis 443.4mya)
  • Serie: Oberordovizium (Oberes Ordovizium) (458.4 bis 443.4 mya)
    • Stufe:Hirnantium(445.2 bis 443.4 mya)
    • Stufe:Katium(453 bis 445.2 mya)
    • Stufe:Sandbium(458.4 bis 453 mya)
  • Serie: Mittelordovizium (Mittleres Ordovizium) (470 bis 458.4 mya)
    • Stufe:Darriwilium(467.3 bis 458.4 mya)
    • Stufe:Dapingium(470 bis 467.3 mya)
  • Serie: Unterordovizium (Unteres Ordovizium) (485.4 bis 470 mya)
    • Stufe:Floium(477.7 bis 470 mya)
    • Stufe:Tremadocium(485.4 bis 477.7 mya)

Davon abweichend wurden in England folgende regionale Serien und Stufen für das Ordovizium benutzt:

• System: Ordovizium
  • Regionale Serie: Ashgill
    • Regionale (und globale) Stufe Hirnantian
    • Regionale Stufe: Rawtheyan
    • Regionale Stufe: Cautleyan
    • Regionale Stufe: Pusgillian
  • Regionale Serie: Caradoc
    • Regionale Stufe: Streffordian
    • Regionale Stufe: Cheneyum
    • Regionale Stufe: Burrellian
    • Regionale Stufe: Aurelucian
  • Regionale Serie: Llanvirn
    • Regionale Stufe: Llandeilian
    • Regionale Stufe: Abereiddian
  • Regionale Serie: Arenig
    • Regionale Stufe: Fennian
    • Regionale Stufe: Whitlandian
    • Regionale Stufe: Moridunian
  • Regionale Serie (und globale Stufe): Tremadoc
    • Regionale Stufe: Migneintian
    • Regionale Stufe: Cressagian

In der älteren deutschsprachigen Literatur wurden die britischen Serien als Stufen benutzt:

• System Ordovizium
  • Ashgilium
  • Caradocium
  • Llandeilium
  • Arenigium
  • Tremadocium

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 imKambriumgeprägt vom GroßkontinentGondwanaund drei weiteren kleineren KontinentenLaurentia,BalticaundSibiriasowie 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-Ozeangetrennt. 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 weltumfassendenPanthalassischenOzean.

Im Unterordovizium brach der MikrokontinentAvaloniavom 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 MikrokontinentPerunicavon Gondwana abgebrochen und driftete ebenfalls nach Norden auf Baltica zu.

Im Oberordovizium mit Schwerpunkt imHirnantiumvereiste ein großer Teil Gondwanas (Saudi-Arabien, Nordafrika, Südamerika). Auf den betroffenen Kontinenten wurdenTilliteabgelagert. 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 grobeGeschiebedurch 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 Ordoviziumund über große Teile desMittleren Ordoviziumskeine Eisbedeckung der damals in Südpolnähe liegenden Landmassen bekannt. Dies änderte sich mit Beginn des Ordovizischen Eiszeitalters (auchHirnantische EiszeitoderAnden-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 desHirnantiumsund endete imSilurvor 430 Millionen Jahren. Anhand glazialer Ablagerungen konnte die Drift des GroßkontinentsGondwanaüber 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 existierendenAndenketteaus.

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).Einen wesentlichen Einfluss übten wahrscheinlich moos- und flechtenähnliche Pflanzen aus, die nach neueren Erkenntnissen bereits imMittleren Kambriumbegannen, das Festland zu besiedeln, und sich imOrdoviziumweiter ausbreiteten.Die Vegetationsbedeckung entzog den Böden in größerem Umfang Elemente wieCalcium,Magnesium,PhosphorundEisen.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.

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 zwischenMarsundJupiterkreisenderAsteroidmit 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 einemWarmklimain eine Kaltphase könnte dabei in evolutiver Hinsicht den Anstoß für die Entstehung neuer Arten und eine Zunahme derBiodiversitätin den ozeanischenBiotopengegeben haben.Die Kernphase der Ordovizischen Kaltzeit begann 20 Millionen Jahre nach der kosmischen Kollision: Ein rasch auftretender Kälteeinbruch, vermutlich ausgelöst durch das Überschreiten einesKipppunktsim Klimasystem und verbunden mit starker Ausdehnung vonMeereisflächenund 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.

Während dieses Zeitabschnitts erreichten nicht nur die Gletscherstände ein Maximum, parallel dazu geschah eines der folgenschwerstenMassenaussterbender Erdgeschichte. Die Schätzungen zur Aussterberate der davon betroffenen Arten schwanken erheblich und belaufen sich auf bis zu 85 Prozent.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 vonSchwefeldioxidundStickoxidenkönnten die ozeanischen Biotope erheblich geschädigt haben.Diese Annahme wird durch das Auftreten mehrererOzeanischer anoxischer Ereignissegestützt, die während des Hirnantiums und im frühenSilurdie marinen Lebensräume zusätzlich destabilisierten.Neuere Studien postulieren in dem Zusammenhang tiefgreifende geochemische Veränderungen, in deren Verlauf giftige Schwermetalle (Arsen, Blei und Mangan) am Meeresgrund freigesetzt wurden,unter gleichzeitiger Reduzierung lebenswichtiger Spurenelemente wieSelen.

Verschiedentlich wurde für das Massenaussterben eine extraterrestrische Ursache in Form einesGammablitzesvorgeschlagen.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 möglicheSupernovaegilt gleichermaßen, dass ein Nachweis kosmischer Strahlungseinflüsse in paläozoischen Gesteinsformationen mit dem gegenwärtig verwendeten Instrumentarium nicht möglich ist.

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 derRugosaundTabulatain Erscheinung. DieGraptolithenhaben 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 vorhandenenArmfüßermachen 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 derCarpoideatritt zum ersten Mal in Erscheinung. DieTrilobitendiversifizieren sich; darunter sind jetztnektonischeFormen mit großen, hochentwickelten Facettenaugen, aber auch (sekundär) blinde Formen, die wohl tieferes Wasser bewohnten. Unter denkieferlosenWirbeltierverwandten (Agnatha) entwickelten sich diePteraspidomorphi.DieConodontenentwickelten sich ebenfalls sehr rasch. Nach dem Aussterben derArchaeocyathidenbildeten nun erstmalsKorallen,BryozoenundStromatoporenRiffe.

VomMassenaussterben am Ende des Ordoviziumswaren über 100 Familien von marinen Organismen betroffen. DiebiostratigraphischeZoneneinteilung basiert hauptsächlich aufGraptolithen,Trilobiten,ConodontenundBrachiopoden.

Entwicklung der Flora

Grünalgenwaren im oberen Kambrium und im Ordovizium verbreitet. Vermutlich entstanden daraus im Ordovizium (nach neueren Forschungen bereits im Kambrium) die ersten einfachen Landpflanzenin Form von nichtvaskulärenMoosen, ähnlich den heutigenLebermoosen.Sporen dieser ersten Landpflanzen wurden in den obersten ordovizischen Sedimenten gefunden.

Man vermutet, dassArbuskuläre Mykorrhizapilzeunter den ersten landlebendenPilzenwaren 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 fossilierteHyphenundSporenwurden inWisconsingefunden.

Mitteleuropa im Ordovizium

AufgeschlosseneHangendgrenzedes Ordoviziums an der Südspitze der InselHovedøyain Norwegen. Während derAuffaltungderKaledonidenwurde dienormaleSchichtenfolge umgekehrt und der helle ordovizischeKalkstein(älter) liegt hier über dem dunklen silurischenTonstein(jünger).

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 inThüringenenthalten dieseSedimentgesteineauch Fossilien. Eine Besonderheit unter ihnen stellt der Lederschiefer dar. Er enthält alsDropstonesgedeuteteKlasten(oftQuarzite), dieFossilienenthalten, 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 mitBalticaverschmolzen 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

Weblinks

Commons:Ordovizium– Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

• Ordovician Chronostratigraphic Chart
• International Chronostratigraphic Chart 2020/03(Regelmäßig aktualisierte Chronostratigraphische Zeittafel derInternational Commission on Stratigraphy)
• Beispiele für Ordovizium-Fossilien
• Karte der Erde im Ordovizium(englisch)