Stratigraphie (Geologie)

Die Stratigraphie (von lateinisch stratum „Schicht“ und -graphie) ist eine Teildisziplin der Geologie, die wichtige Methoden zur Korrelation und relativen Datierung besonders von fossilführenden Sedimentgesteinen, aber auch von fossilfreien Vulkaniten (Lavaströme, Vulkanaschen) zur Verfügung stellt. Sie ist heute in eine Reihe von Teildisziplinen aufgeteilt, deren kombinierter Einsatz (Korrelation) in Verbindung mit der Geochronologie recht genau die relative und absolute Altersbestimmung von Gesteinen und damit eine Rekonstruktion der Erdgeschichte ermöglicht. Für das Gebiet von Deutschland ist die Deutsche Stratigraphische Kommission u. a. für die Koordination der Korrelation der verschiedenen stratigraphischen Einheiten bzw. Einheitensysteme zuständig.

	Äonothem	Ärathem	System	Alter (mya)
	Phanerozoikum Dauer: 541 Ma	Känozoikum Erdneuzeit Dauer: 66 Ma	Quartär	0 ⬍ 2,588
			Neogen	2,588 ⬍ 23,03
			Paläogen	23,03 ⬍ 66
		Mesozoikum Erdmittelalter Dauer: 186,2 Ma	Kreide	66 ⬍ 145
			Jura	145 ⬍ 201,3
			Trias	201,3 ⬍ 251,9
		Paläozoikum Erdaltertum Dauer: 288,8 Ma	Perm	251,9 ⬍ 298,9
			Karbon	298,9 ⬍ 358,9
			Devon	358,9 ⬍ 419,2
			Silur	419,2 ⬍ 443,4
			Ordovizium	443,4 ⬍ 485,4
			Kambrium	485,4 ⬍ 541
P r ä k a m b r i u m Dauer: 4.059 Ma	Proterozoikum Dauer: 1.959 Ma	Neoproterozoikum Jungproterozoikum Dauer: 459 Ma	Ediacarium	541 ⬍ 635
			Cryogenium	635 ⬍ 720
			Tonium	720 ⬍ 1000
		Mesoproterozoikum Mittelproterozoikum Dauer: 600 Ma	Stenium	1000 ⬍ 1200
			Ectasium	1200 ⬍ 1400
			Calymmium	1400 ⬍ 1600
		Paläoproterozoikum Altproterozoikum Dauer: 900 Ma	Statherium	1600 ⬍ 1800
			Orosirium	1800 ⬍ 2050
			Rhyacium	2050 ⬍ 2300
			Siderium	2300 ⬍ 2500
	Archaikum Dauer: 1.500 Ma	Neoarchaikum Dauer: 300 Ma		2500 ⬍ 2800
		Mesoarchaikum Dauer: 400 Ma		2800 ⬍ 3200
		Paläoarchaikum Dauer: 400 Ma		3200 ⬍ 3600
		Eoarchaikum Dauer: 400 Ma		3600 ⬍ 4000
	Hadaikum Dauer: 600 Ma			4000 ⬍ 4600

Ziele

Das Ziel der Stratigraphie ist es, Gesteinskörper anhand der darin enthaltenen organischen und anorganischen Merkmale zeitlich relativ zu ordnen und auch räumlich weit entfernte Gesteinseinheiten miteinander zeitlich in Beziehung zu setzen (Korrelation). Von lokalen und regionalen Abfolgen ausgehend, sollen diese in die international gebräuchlichen, globalen chronostratigraphischen bzw. geochronologischen Einheiten eingefügt werden.

Bedeutung

Die Stratigraphie ist als Zweig der historischen Geologie die Grundlage für die Rekonstruktion der Erdgeschichte und der Geschichte des Lebens auf der Erde. Sie dient jedoch vielfach auch der Lösung von allgemeingeologischen Fragen.

Im 19. Jahrhundert wurde erkannt, dass man diese Methode auch auf ganz andere Schichtungen anwenden kann, einschließlich der in ihnen enthaltenen Elemente. Damit wurde die Stratigraphie auch auf die Archäologie übertragen.

Stratigraphisches Prinzip

Das stratigraphische Prinzip (auch „stratigraphisches Grundgesetz“ oder Lagerungsregel genannt) ist die Grundlage der Stratigraphie: Sedimentschichten im Liegenden („unten“) sind älter als Sedimentschichten im Hangenden („oben“). Dieses Prinzip erkannte bereits Nicolaus Steno im Jahre 1669. Tektonische Vorgänge, ungewöhnliche Ablagerungsräume und Intrusivkörper können diese Regel aber in manchen Fällen durchbrechen. Zu den frühen Stratigraphie-Pionieren zählen in Deutschland im 18. Jahrhundert Georg Christian Füchsel und Johann Gottlob Lehmann.

Methoden der Stratigraphie

Unterdisziplinen

Chronostratigraphie: Die relative Zeitbestimmung anhand von Zeitmarken in Gesteinskörpern. Diese Zeitmarken können das Erstauftreten oder Erlöschen bestimmter Fossilien, Ereignishorizonte, geochemische Marker und auch Polaritätswechsel im Erdmagnetfeld sein (siehe GSSP). Die Chronostratigraphie ist damit einerseits interdisziplinär, andererseits bildet sie das Rahmenwerk, in das die stratigraphischen Schemata, die durch die verschiedenen anderen, im Folgenden gelisteten Methoden der Stratigraphie gewonnen wurden und noch heute weiterentwickelt werden, eingehängt und so miteinander korreliert werden können.
Biostratigraphie: Die relative Zeitbestimmung bzw. die Gliederung einer Abfolge und Korrelation verschiedener Abfolgen mithilfe von Fossilien. Hier werden in erster Linie die Lebensdauer und das Erstauftreten oder Aussterben von einzelnen Tierarten, seltener auch von Faunengesellschaften herangezogen. Weitere Unterscheidungen:
- Orthostratigraphie: Gliederung und Korrelation durch verbindlich festgelegte, global verbreitete Leitfossilien
- Parastratigraphie: Gliederung und Korrelation durch nur regional vorkommende oder an eine bestimmte Fazies gebundene Leitfossilien
Lithostratigraphie: Gliederung und Korrelation nach unterscheidbaren Gesteinseinheiten. Sie wird in erster Linie zur Kartierung und Darstellung von Gesteinseinheiten in einer geologischen Karte benutzt.
Sequenzstratigraphie: Gliederung und Korrelation mithilfe von Sedimentationseinheiten (Sequenzen), die durch Schwankungen des relativen Meeresspiegels erzeugt wurden, bzw. deren isochronen Grenzflächen
Eventstratigraphie: Gliederung und Korrelation mithilfe besonderer Markerschichten, die jeweils infolge bestimmter Einzelereignisse (engl. events), entstanden sind. Zu solchen Ereignissen Stürme (siehe Tempestit), Tsunamis (siehe Tsunamit) und Vulkanausbrüche (siehe Vulkanische Asche – die Gliederung und Korrelation sedimentärer Abfolgen mithilfe vulkanischer Ascheschichten wird auch als Tephrostratigraphie bezeichnet), aber auch biologische Ereignisse wie etwa Häufigkeitsmaxima im Auftreten einer bestimmten Art (engl. acme occurences) oder Faunenwechsel.
Pedostratigraphie: Gliederung und Korrelation mithilfe fossiler Böden
Magnetostratigraphie: Gliederung und Korrelation mithilfe der im Gestein überlieferten Polarität des Erdmagnetfeldes zur Zeit seiner Bildung (normal oder invers)
Isotopenstratigraphie: Gliederung und Korrelation mithilfe von Anomalien der Isotopenverhältnisse in Sedimentgesteinen, in der Regel Isotope der Elemente Sauerstoff (δ¹⁸O), Kohlenstoff (δ¹³C) und Schwefel (δ³⁴S)
Allostratigraphie: Gliederung der Gesteine aufgrund quasi-isochroner Ereignisse
Chemostratigraphie: Gliederung und Korrelation aufgrund von Variationen in der chemischen Zusammensetzung

Verbindung mit der Geochronologie

Die Geochronologie beschäftigt sich mit der absoluten Zeitbestimmung der erdgeschichtlichen Vergangenheit. Sie ist im Prinzip eine von der Stratigraphie unabhängige Disziplin, die Datierung von Gesteinen ist jedoch nur in Verbindung mit der Stratigraphie sinnvoll.

Zwei Beispiele für geochronologische Methoden:

Die Dendrochronologie erlaubt unter Umständen eine jahrgenaue Datierung der untersuchten Hölzer. Sie ist jedoch nur in dem geologisch sehr kurzen Zeitraum der letzten 12.000 Jahre (d. h. nur im Holozän) einsetzbar. Sie ist besonders in der archäologischen Stratigraphie ein wichtiges Hilfsmittel zur Datierung der Schichten.
Auch die Warvenchronologie ermöglicht im Idealfall eine jahrgenaue Altersbestimmung. Sie ist in Schweden auf die letzten 10.000 Jahre beschränkt, in der Eifel auf die letzten 23.000 Jahre. In einzelnen Seen sind jedoch Datierungen bis 76.000 Jahre vor heute gelungen.
Die Tephrochronologie steht in enger Beziehung zur Tephrostratigraphie.

Geologische Zeitskala

Die verschiedenen Methoden der Stratigraphie haben mittlerweile eine sehr detaillierte relative Zeitskala der Erdgeschichte ergeben. Um diese relativen Zeitabschnitte jedoch in eine absolute Zeitskala einzuordnen, reichen die Methoden der Stratigraphie nicht aus. Die Forscher des späten 18. und des 19. Jahrhunderts setzten erstmals die Vorstellung durch, dass die Erde nicht innerhalb weniger tausend Jahre entstanden ist. Sie konnten zunächst jedoch nur schätzen, in welchen Zeiträumen die Erde und das Leben auf ihr tatsächlich entstanden ist.[1]

Im 20. Jahrhundert ermöglichte die Entdeckung der radioaktiven Zerfallsprozesse durch Henri Becquerel und der daraus abgeleiteten radiometrischen Altersbestimmungen eine Methode der absolut-zeitlichen Bestimmung von Gesteinen. Die inzwischen entwickelten verschiedenen Methoden der radiometrischen Altersbestimmungen erlauben inzwischen eine verhältnismäßig genaue absolute Altersbestimmung der Ereignisse der Erdgeschichte. Die Genauigkeit nimmt jedoch mit zunehmendem Alter der Gesteine immer mehr ab. Die durch die verschiedenen Methoden der Stratigraphie erstellte relative Zeitskala behält aber weiterhin ihre Gültigkeit, da die verschiedenen stratigraphischen Methoden eine wesentlich genauere Gliederung und Unterteilung der Erdgeschichte ermöglichen als nur die Geochronologie allein.

Einzelnachweise

Press und Siever, 1995.

Literatur

Herbert W. Franke: Methoden der Geochronologie. Die Suche nach den Daten der Erdgeschichte (= Verständliche Wissenschaft. 98, ISSN 0083-5846). Springer, Berlin u. a. 1969.
Felix M. Gradstein, James G. Ogg, Alan G. Smith (Hrsg.): A Geologic Time Scale 2004. Cambridge University Press, Cambridge 2004, ISBN 0-521-78142-6.
Hans Murawski, Wilhelm Meyer: Geologisches Wörterbuch. 10., neu bearbeitete und erweiterte Auflage. Ferdinand Enke, Stuttgart 1998, ISBN 3-432-84100-0.
North American Commission on Stratigraphic Nomenclature (NACSM): North American stratigraphic code. In: AAPG Bulletin. Band 67, Nummer 5, 1983, ISSN 0149-1423, S. 841–875, (Digitalisat).
Frank Press, Raymond Siever: Allgemeine Geologie. Eine Einführung. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg u. a. 1995, ISBN 3-86025-390-5.
Jacques Rey: Geologische Altersbestimmung. Biostratigraphie, Lithostratigraphie, absolute Datierung. Ferdinand Enke, Stuttgart 1991, ISBN 3-432-98581-9.
Peter Paul Smolka: Quantitative Stratigraphie. In: Die Geowissenschaften. Band 11, Nummer 10/11, S. 385–391, doi:10.2312/geowissenschaften.1993.11.385.

Weblinks

http://www.stratigraphy.org/ (International Commission on Stratigraphy: Klick auf |GSSPs| für stratigraphische Tabelle im HTML-Format)
http://www.stratigraphy.org/chus.pdf (aktuelle Version der stratigraphischen Tabelle der International Commission on Stratigraphy als PDF-Dokument)
http://www.stratigraphie.de/ Deutsche Stratigraphische Kommission
http://www.stratigraphie.de/std/index.html Stratigraphische Tabelle von Deutschland 2016 (STD 2016)
http://www.stratigraphy.net/ bietet stratigraphische Daten (z. B. Verzeichnis stratigraphischer Einheiten) und Webdienste (Ageparser)
http://www.mineralogie.uni-wuerzburg.de/palbot/geology/geology.html#scale Linkliste stratigraphischer Tabellen (in Englisch)
http://strata.geol.sc.edu (Sehr gute englischsprachige Seite zum Thema Sequenzstratigraphie)

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[1] Press und Siever, 1995.