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Steinplatten am Strand: Das Muster des Monats, 11/2017

Muster des Monats; (c) Stephan Matthiesen 2017

Was sich in der Bildmitte ins Meer erstreckt, sieht mit seiner glatten Oberfläche und der scharfen, geraden Kante fast wie die zerfallenen Reste eines von Menschen erbauten Piers aus. Die Struktur ist aber natürlich entstanden.

An diesem Strand liegen noch mehrere weitere derartige Strukturen etwa alle 20-50 Meter voneinander entfernt, meist aber unter Wasser. Im Bild sieht man neben der zentralen Platte (auf der einige Menschen stehen) etwa 20 Meter weiter rechts noch den Ansatz einer weiteren Platte, die sich aber nur wenige Meter über Wasser erstreckt und sich dann unter Wasser fortsetzt. Andere erkennt man gerade noch als dunkle Schatten unter Wasser, und weiter im Hintergrund durch weiße Wellenkämme. 

Das folgende Bild zeigt eine Platte am Strand - im oberen Bild liegt sie in der Bucht am linken Rand gerade außerhalb des Bildausschnitts:

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Die Leute mit den Helmen sind Studenten der zweiwöchigen "Internationalen Sommerschule über globale Treibhausgase", die einige Kollegen und ich im August am Nationalen Ozeanografiezentrum (NOC) in Southampton organisiert haben. Damit ist auch schon etwas über den inhaltlichen Kontext der Bilder verraten: Sie wurden an der Südküste Englands nahe Southampton aufgenommen, sie zeigen etwas wissenschaftlich Bedeutsames, und sie haben irgendetwas mit Treibhausgasen zu tun.

Wir befinden uns an der "Jurassic Coast", einem für seine zahlreichen Fossilien aus dem Jura (der Periode vor etwa 200-145 Mio. Jahren) bekannten Küstenabschnitt, genauer gesagt in der Kimmeridge Bay etwa 50 km westlich von Southampton.

An der folgenden Bildreihe erkennt man, dass sich die Strukturen nicht nur unter Wasser, sondern auch an Land fortsetzen: die Felsnase im Wasser am rechten Bildrand liegt in einer Linie mit der dicken helleren Schicht in der Klippe auf der linken Bildseite:

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

In der Klippe sind eine ganze Anzahl dieser Schichten von hellerem Gestein erkennbar, die in regelmäßigem Abstand übereinander liegen, getrennt durch dunklere Schichten.

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Die Schichten sind flach und parallel, liegen aber nicht horizontal, sondern fallen nach Osten ab, sodass sie im Vordergrund (= Westen) über dem Meer liegen, im Hintergrund (= Osten) aber unter Wasser. Die Abfolge der übereinander liegenden Schichten erzeugt so am Strand eine Abfolge von nebeneinander liegenden Steinschwellen:

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Wir haben uns die Schichten näher angeschaut und ihre Dicke vermessen:

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Die Leute am linken Bildrand sind Badegäste - man kriegt schon ein paar merkwürdige Blicke und Bemerkungen, wenn man zwischen Familien in Badekleidung mit Helm und Leuchtweste herumläuft. Unser Bauarbeiter-Chic hatte aber durchaus Sinn, denn die Klippen neigen zu Hangrutschen, und mehrfach prasselten kleinere Brocken direkt neben uns herab.

In den Nahaufnahmen sieht man nun, dass die helleren Schichten aus hartem, kompakten Gestein bestehen, nämlich Dolomit (einem Kalkgestein). Sie widerstehen der Verwitterung und Erosion offenbar deutlich besser als die dunkleren Schichten, sodass sie im Hang deutlich blockartig hervorstehen. Die weicheren Schichten sind aus Tonschiefer - sie zerbrechen leicht in zentimetergroße Plättchen, die sich schnell aus der Klippe lösen bzw. durch Sicker- und Regenwasser ausgewaschen werden - ein guter Grund, hier Helme zu tragen!

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Am Strand und unter Wasser wird das weiche Tongestein sehr schnell weggewaschen, sodass nur die härteren Dolomitschichten als Schwellen stehen bleiben.

Wir sehen also eine zyklische Abfolge aus mehreren Schichten von Tonsteinen und Kalksteinen. Beides sind Gesteine, die im Meer abgelagert wurden, aber unter verschiedenen Umständen. Sie entstanden vor etwa 155-148 Mio. Jahren, also im Jura. Damals lag diese Gegend viel weiter südlich (etwa auf 32° nördlicher Breite) und war ein Schelfgebiet, also flaches Küstenmeer, durchzogen von tieferen Meeresarmen.

Die Tonsteine sind sehr reich an organischem Material, was ihre dunkle Farbe hervorruft. Organische Stoffe im Gestein deuten allgemein auf eine Entstehung unter sauerstoffarmen ("anoxischen") Bedingungen hin, weil tote organische Materie unter Sauerstoffeinfluss schnell zersetzt wird. Kalksteine dagegen sind die Überreste der Kalkskelette von Meeresalgen, wobei der organische Anteil nicht mehr erhalten ist.

Man geht davon aus, dass die Schichten in der Kimmeridge Bay in tieferen Schelfbereichen oder Lagunen entstanden. Von der Meeresoberfläche rieseln ständig die Überreste von absterbendem Plankton herab, der sogenannte "Meeresschnee". Ist das Wasser in der Tiefe sauerstoffreich, so bleiben nur die Kalkanteile als Kalkstein übrig. Wenn das Meer jedoch sauerstoffarm ist, dann entstehen Tonsteine mit organischem Anteil.

Die Schichtenabfolge zeigt also letztlich eine zyklische Abfolge zwischen sauerstoffarmen und sauerstoffreichen Verhältnissen im Jura. Da der Sauerstoffgehalt von Wasser eng mit der Temperatur zusammenhängt, geht man von Temperaturzyklen aus. Wie es zu diesen Klimazyklen kam, ist nicht endgültig geklärt, aber wenn man sie genau vermisst und ihre jeweilige Zeitdauer bestimmt, so kann man einige Korrelationen zu den Bahnschwankungen der Erde finden, den sogenannten Milanković-Zyklen, die auch bei der Entstehung der letzten Eiszeit eine Rolle spielten.

Die einfache Felszunge am Strand führte uns also zu Erkenntnissen über Klimaschwankungen vor 150 Mio. Jahren.

Oben hatte ich auch noch Treibhausgase erwähnt. Das organische Material in den Tonsteinen ist im Laufe der Zeit zu Öl geworden, und dieser Kimmeridge-Ton ist eines der wichtigsten Ursprungsgesteine für Erdöl im Nordseeraum. An einigen Stellen quillt bei bestimmtem Wetter hier an der Küste tatsächlich Öl aus den Hängen. Und wenn man vom Strand einen Blick nach Westen wirft, dann sieht man auf der Klippe etwas:

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Ja, genau: eine Erdölförderpumpe:

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

Dies ist die älteste (und eine der kleinsten) der noch in Betrieb befindlichen Ölförderanlagen Großbritanniens. Sie produziert seit 1959 Öl für BP.

Nebenbei zu erwähnen ist, dass natürlich nicht nur Plankton von der Meeresoberfläche herabrieselt, sondern immer wieder tote Tiere wie Ammoniten, Fische oder Fischsaurier, die im sauerstoffarmen Milieu nicht von Aasfressern beschädigt werden. Daher hat die Jurassic Coast uns einen enormen Reichtum an gut erhaltenen Fossilien geliefert und macht Geologen sehr glücklich.

Kimmeridge Bay; (c) Stephan Matthiesen 2017

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