Versteinerte Pflanzen

Großbritannien, Grafschaft Dorset, Purbeck Region

Versteinerter Wald der Oberjurassischen Purbeck Formation in Südengland

Blick über Lulworth Cove nach Osten über die "Jurassic Coast" mit dem "Versteinerten Wald"

Etwa 2 Autostunden südwestlich von London im Südteil der Grafschaft Dorset, befinden sich im Gebiet zwischen Portesham im Westen und Swanage im Osten Aufschlüsse der oberjurassischen Purbeck Formation, aus der seit über 200 Jahren Funde permineralisierter Pflanzenfossilien stammen. Die Küste ist Teil der als UNESCO-Weltnaturerbe geschützten Jurassic Coast. Weltberühmt ist die Region für Ihre Ichthyosaurier- und Ammonitenfunde. Eine Stufe des Oberjura ist nach dem hier gelegenen Dorf Kimmeridge benannt.

Bereits zu Beginn des 18. Jahrhunderts berichteten Steinbrucharbeiter über Funde aufrecht stehender, versteinerter Baumstubben von der Isle of Portland. Zum Beispiel beschreibt DAMON (1884), dass in einem Steinbruch auf Portland auf wenigen Quadratyards (1 yr² = 0,84 m²) 7 aufrecht stehende Baumstubben und 2 aufrecht stehende "Cycadeen" freigelegt wurden.

Die Cycadophyten-Stämme wurden von den Steinbrucharbeitern damals für Krähennester, die aus den Bäumen gefallen waren, gehalten.

System	Serie	Stufe	Alter
Kreide	Unterkreide	Berriasium	145,5-140,2
Jura	Oberjura	Tithonium	150,8-145,5	Purbeck Formation
		Kimmeridgium	155,6-150,8
		Oxfordium	161,2-155,6
	Mitteljura	Callovium	164,7-161,2
		Bathonium	167,7-164,7
		Bajocium	171,6-167,7
		Aalenium	175,6-171,6
	Unterjura	Toarcium	183,0-175,6
		Pliensbachium	189,6-183,0
		Sinemurium	196,5-189,6
		Hettangium	199,6-196,5
Trias	Obertrias	Rhaetium	203,6-199,6

Zahlreiche natürliche und künstliche Aufschlüsse

Aufschlüsse der Purbeck Formation befinden sich z.B. um Portesham, Chalbury, Poxwell (aufgelassene Steinbrüche), auf der Isle of Portland (z.T. Steinbrüche in Betrieb) und an der Kanalküste östlich von Lulworth Cove, im Bereich des "Fossil Forest". Letzterer befindet sich in einem militärischen Sperrgebiet, ist von einem massiven Zaun umgeben und militärisch bewacht. Der Zutritt ist nur an wenigen Wochenenden im Jahr möglich, wenn die Gates zur Lulworth Range offiziell geöffnet werden.

Der "Fossil Forest" von Lulworth Cove

Lulworth Cove ist nach der fast kreisrunden Bucht benannt, die durch einen schmalen Durchbruch mit dem Englischen Kanal verbunden ist. In einem Besucherzentrum kann man sich über die Geologie, Flora und Fauna sowie die Geschichte der Region informieren. Ein Wanderweg führt am Ufer der Bucht entlang zu deren Ostende. Von dort erreicht man nach rund 300 m das nur selten geöffnete Gate zum Sperrgebiet. Direkt hinter dem Zaun führt ein Weg bis auf halbe Höhe des Kliffs mit dem "Fossil Forest". Am Kliff sind auf einem schmalen, ca. 10 m über der Brandung gelegenen Plateau auf mehreren 100 m Länge die nach Norden einfallenden Schichten der oberjurassischen Purbeck Formation aufgeschlossen. Zahlreiche ring-, dom- oder kuppelförmige Aufwölbungen ohne und mit Zentralloch und Gesamtdurchmesser zwischen 0,7 m bis 1,5 m und lang gestreckte, schwellenförmige Aufwölbungen bis zu 4 m Länge sind zu sehen.

Das Kliff mit dem "Versteinerten Wald"

Besucht man den "Fossil Forest", läuft man am Kliff auf harten, oolithischen, bioklastischen Kalksteinen, dem "Portland Stone". Darüber folgt der dunkelbraune bis schwarze, Kalksteingerölle enthaltende Paläosol, das "Great Dirt Bed". Die Wurzeln aufrecht stehender, silifizierter Baumstubben sind in diesem ehemaligen Bodenhorizont verankert. Die aufrechten, silifizierten Stubben und zylindrischen Hohlräume ehemaliger Baumstubben reichen bis zu 1 m in das überlagernde "Soft Cap", einen stromatolithischen Kalkstein, hinein. Den Abschluss des Kliffs bilden evaporitische Serien mit Gips.

Schwellen-, dom- oder kuppelförmige Aufwölbungen repräsentieren algenüberkrustete, ehemalige Standorte liegender Baumstämme oder stehender Stubben

Die beschriebenen, schwellenförmigen Aufwölbungen repräsentieren auf dem Paläosol liegende Baumstämme, die lagenweise von kalkabscheidenden Algen umkrustet wurden. Bei den ringförmigen Gebilden mit Zentralloch handelt es sich um Stammbasen aufrechter Stämme, die ebenfalls von kalkabscheidenden Algen konzentrisch inkrustiert wurden und verrotteten, ehe sie silifiziert wurden. Es existieren alte fotographische Aufnahmen, die zeigen, dass einige der heutigen zentralen Hohlräume vor über 100 Jahren vollständig mit silifizierten Stämmen ausgefüllt waren. Diese wurden offenbar durch Souvenirjäger im Laufe der Zeit heraus gebrochen. An den Innenseiten der zentralen Hohlräume sind z.T. Rindenstrukturen erkennbar. Die Basis der Algenbioherme sitzt jeweils auf einem dunkelbraunen bis schwarzen, ca. 15 cm bis 20 cm starken Horizont auf, bei dem es sich um das "Great Dirt Bed", den oberjurassischen Paläosol, handelt. Dieser enthält bis faustgroße Klasten des aufgearbeiteten Portland Stone. Den Paläosol durchziehen zahlreiche Wurzeln, die an den ehemals vorhandenen Stammbasen der Bäume ansaßen. Die Wurzeln reichen an keiner Stelle bis in den unterlagernden, harten, marin gebildeten Kalkstein, den Portland Stone.

Das "Great Dirt Bed", ein 15 bis 20 cm starker Paläosol, überlagert von stromatolithischen Kalken.

In Steinbrüchen auf der Isle of Portland sind 1 bis 2 weitere, geringer mächtige Paläosol-Horizonte, die von stromatolithischen Kalksteinen getrennt werden, entwickelt ("Basal Dirt Bed" und "Lower Dirt Bed").

Weiter westlich, im Gebiet von Portesham, tritt als Äquivalent des Paläosol "Great Dirt Bed" ein harter Silizit, der "Portesham Charophyte Chert" mit Fragmenten von Charophyten, Equisetum sp., Brachyphyllum sp., Samen und Teilen silifizierter Araucarienzapfen (Araucarites sizerae) auf.

Holzanatomische Untersuchungen an zahlreichen Proben durch FRANCIS (1983) ergaben, dass es sich bei über 90% aller identifizierbaren Überreste um Koniferen des Typs Protocupressinoxylon Eckhold 1922 handelt. Einige wenige untersuchte Hölzer gehörten zum Form-Genus Araucarioxylon Kräusel und Circoporoxylon Kräusel. FRANCIS (1983) stellte im Ergebnis seiner Untersuchungen die Art Protocupressinoxylon purbeckensis sp. nov. auf.

Stammabschnitt von Protocupressinoxylon purbeckensis.	Cycadeoidea-Funde aus Steinbrüchen der Isle of Portland, im Portland Museum ausgestellt.

Anhand silifizierter, bis zu 20 m langer Stammabschnitte von Protocupressinoxylon purbeckensis an denen ansitzende Äste gefunden werden konnten, rekonstruierte FRANCIS (1983) die Pflanzen als aufrechte, gerade, gedrungene Stämme mit kurzen Ästen und flachen Wurzeln im Boden. Stammsegmente werden in den Steinbrüchen meist ohne die massiven Algenkalkmäntel geborgen, so dass die ausgeprägten, bis 50 mm tiefen Längsriefen oder -furchen auf den Stammoberflächen gut erkennbar sind. Die Kieselhölzer besitzen hellgraue bis hellbraune Farben, wobei die äußeren Oberflächen weißgrau sind. Die Erhaltung holzanatomischer Details ist bei Fundstücken, die dem Verfasser vorliegen, meist sehr gut.

Rekonstruktion von Protocupressinoxylon purbeckensis (nach FRANCIS, 1983).	Querschnitt von Protocupressinoxylon purbeckensis.	Stammsegment von Protocupressinoxylon purbeckensis mit tief geriefter Oberfläche.

Vollständige Stammsegmente von Protocupressinoxylon purbeckensis aus dem Fancy Beach Quarry auf der Isle of Portland

Die Herkunft der Kieselsäure ist nicht abschließend geklärt. Möglich sind vulkanische oder organische Quellen. In der Literatur beschriebene Vergleiche mit der Coorong Lagoon in Südaustralien begründeten die Theorie, dass die Kieselsäure organisch durch saisonale Änderungen der Salinität des Wassers ausgefällt wurde. Während der Perioden hoher fotosynthetischer Aktivitäten, z.B. durch starkes Algenwachstum in der Lagune, steigt der ph-Wert im Wasser bis auf Werte, die ausreichend hoch für die Löslichkeit (pH>9) der Kieselsäure aus detritischem Quarz, Tonmineralen und Diatomeen sind. Aus diesem kieselsäurereichen Wasser wird Opal-Cristobalit-Gel während der Trockenzeit mit sinkendem pH-Wert infolge niedrigere fotosynthetischer Aktivität durch Absterben der Pflanzen abgeschieden. Große Mengen absterbender organischer Substanz am Grund der Lagune führten zu sinkendem pH-Wert und zur Mobilisierung der Kieselsäure, die algenumkrustete und -überdeckte Baumstubben und liegende Stämme durchdringen konnte und diese so silifizierte.

Paläoökologie

Durch detaillierte Untersuchungen in zahlreichen Aufschlüssen und Studien an einer großen Zahl geborgener Pflanzenreste wurde folgender Lebensraum rekonstruiert (z.B. PERRY, 2007): Gymnospermen-dominierte Wälder entwickelten sich entlang der Purbeck-Lagune während mehrerer, kleinerer, regressiver Phasen des oberjurassischen Meeres, so dass Bodenbildung ermöglicht wurde. Der Rand der Lagune mit den dort wachsenden Pflanzen wurde während transgressiver Phasen von steigendem, hypersalinem Wasser überschwemmt. Algen und algengebundener Detritus umkrusteten Baumstubben und liegende Stämme unter subaquatischen Bedingungen. Nachfolgend wurden die inkrustierten Pflanzenreste silifiziert. So finden sich heute in Steinbrüchen und an Küstenkliffs aufrecht stehende, silifizierte, von konzentrischen Mänteln kalkabscheidender Algen umgebene Baumstubben, die in den Paläosol-Horizonten, den sogenannten "Dirt Beds", mit Wurzeln verankert sind. Anhand der Dichte aufrecht stehender Stubben ist zu schlussfolgern, dass die Bäume vergleichbar mit modernen Wäldern wuchsen.

Literatur

DAMON, R. (1884): Geology of Weymouth, Portland and the coast of Dorset from Swanage to Bridport-on-the-sea; with Natural History and Archaeological Notes. 2nd edn. Weymouth, 250 S.

FRANCIS, J. E. (1983): The dominant conifer of the jurassic purbeck formation, England. Paleaontology, 26, 2: 277-294.

PERRY, C. T. (2007): Freshwater tufa stromatolites in the basal Purbeck Formation (Upper Jurassic), Isle of Portland, Dorset. Geological Journal, 29, 2: 119-135.