Neues Geoarchiv entdeckt: Versteinertes Holz erzählt 300 Millionen Jahre Erdgeschichte

Versteinertes Holz ist vielen als dekoratives Fundstück aus dem Museumsshop bekannt. Dass darin die geologische Entwicklung ganzer Regionen über Jahrmillionen gespeichert sein kann, ist hingegen neu. Ein Forschungsteam unter der Leitung des Geologen Dr. Steffen Trümper von der Universität Münster hat nun erstmals nachgewiesen, dass versteinertes Holz wie ein natürliches Archiv funktioniert, in dem sich die geologische Entwicklung einer ganzen Region über Hunderte Millionen Jahre ablesen lässt. Die Ergebnisse erweitern die bisher bekannten Zeitskalen der Holzmineralisierung. Sie zeigen, dass versteinertes Holz die Versenkungsgeschichte einer geologischen Senke aufzeichnen und tektonische Ereignisse auf der Hundert-Millionen-Jahre-Zeitskala offenlegen kann. Konkret geht es um das Saale-Becken, ein Ablagerungsraum, der vor rund 300 Millionen Jahren im heutigen Mitteldeutschland entstand und dessen Gesteine zu den ältesten des großen Zentraleuropäischen Beckensystems zählen. Die Studie ist in der Fachzeitschrift „Scientific Reports“ erschienen.

Die Forscherinnen und Forscher untersuchten für ihre Analyse versteinertes Holz aus dem Kyffhäuser-Gebirge in Nordthüringen. Die seit mindestens dem 18. Jahrhundert bekannten Fossilien umfassen bis zu 20 Meter lange Stämme, die in fluviatilen Rotsedimenten, also rötlichen Ablagerungen früherer Flusssysteme, eingebettet sind. Ihre Farbe stammt von eingelagerten Eisenoxiden, die auf ein warmes, zeitweise trockenes Klima hindeuten. Die bei Überschwemmungen überdeckten Stämme stammen aus tropischen Trockenwäldern des Superkontinents Pangäa. Die Region lag damals nahe dem Äquator. Vor rund 300 Millionen Jahren wuchsen hier die heute ausgestorbenen Verwandten der Nadelbäume. Der Kyffhäuser gilt als Referenzort für eine Ablagerungsart, die sich in verschiedenen Becken Europas wiederholt bildete. Zusammen bilden diese Fundorte eines der umfangreichsten Vorkommen versteinerten Holzes der Nordhalbkugel. Die Gesteine gehören zu den ersten Ablagerungen des Zentraleuropäischen Beckens, eines wirtschaftlich bedeutenden Sedimentbeckensystems, das bis heute Rohstoffe, Grundwasser und Potenziale für Erdwärme birgt.

Der Schlüssel liegt im Quarz, der das Holz im Laufe der Versteinerung durchdrungen und ersetzt hat. Dabei dringt zunächst gelöste Kieselsäure in das abgestorbene Holz ein, kleidet die Zellwände aus und bewahrt so die feinsten anatomischen Strukturen. Im Laufe von Jahrmillionen kristallisiert die Kieselsäure schließlich zu Quarz und ersetzt das ursprüngliche Gewebe Stück für Stück. Die Studie zeigt, dass die Erhaltung dieser Fossilien hinsichtlich Struktur, Geochemie und Alter der Quarzphasen viel differenzierter ist als bisher vermutet. Das Forschungsteam erkannte fünf aufeinanderfolgende Kieselsäure-Generationen. Jede dieser Generationen speichert Informationen über Temperatur, Druck und die Zusammensetzung der Lösungen, aus denen sie entstanden ist. Sie dokumentieren fünf Stadien, die einen Zeitraum von 200 Millionen Jahren von der ausgehenden Karbonzeit bis in die frühe Kreidezeit umspannen. Bezieht man die spätere Hebung an die Erdoberfläche mit ein, erweitert sich dieser Zeitraum sogar auf 300 Millionen Jahre. Dies ist die bisher längste dokumentierte Abfolge von aufeinanderfolgenden Holzmineralisierungsstadien.

Um diese Zeitkapseln auszulesen, kombinierte das Team zahlreiche Verfahren. Mithilfe von Quarz-Kathodolumineszenz, Flüssigkeitseinschlüssen, Sauerstoff- und Silizium-Isotopen, Raman-Thermometrie, Elektronenmikrosonde und Rasterelektronenmikroskopie sowie der sogenannten In-situ-U-Pb-Datierung – einer geochronologischen Methode zur Altersbestimmung von Gesteinen und Mineralen – wurden die fünf Stadien rekonstruiert. „Besonders aufschlussreich waren die winzigen Flüssigkeitseinschlüsse im Quarz, da sie die genauen Bedingungen während des Kristallwachstums konservieren“, erklärt Steffen Trümper. So wies das Team beispielsweise nach, dass Teile des Holzes einst in einer Tiefe von drei bis fünfeinhalb Kilometern bei Temperaturen von 160 bis 240 Grad Celsius lagen.

Die Erkenntnisse haben eine Bedeutung, die weit über den Kyffhäuser hinausreicht. „Es ist erstaunlich, dass ein oft nur handgroßes Fossil die Entwicklungsgeschichte einer ganzen Region über Hunderte von Millionen Jahren in sich trägt“, sagt Steffen Trümper. „Eine Zeitspanne von fünf Mineralisierungsstadien wurde in fossilem Holz bislang noch nie dokumentiert. Da versteinertes Holz in vielen Gesteinen weltweit vorkommt, eröffnet sich damit eine vielfach nutzbare Informationsquelle. Damit steht der Wissenschaft ein neues Werkzeug zur Verfügung, um die Entwicklung von Kontinenten nachzuvollziehen.“ Die Analysen zeigen jedoch, dass sich die Eignung von fossilem Holz für die Beckenanalyse weniger nach dem tektonischen Rahmen als vielmehr nach den klimatischen und sedimentologischen Bedingungen während der Einbettung richtet.

Neben der Universität Münster waren die Georg-August-Universität Göttingen, das Karlsruher Institut für Technologie, das Museum für Naturkunde Chemnitz und die TU Bergakademie Freiberg an der Studie beteiligt.

 

Originalveröffentlichung

Trümper, S., Franz, M., Sosa, G., van den Kerkhof, A., Zeh, A., Tatzel, M., Kronz, A., Techmer, K., Di Rocco, T., Pack, A. & Rößler, R. (2026): Fossil wood cells recorded 300 million years of Europe's tectonic history. Scientific Reports 16:22068. DOI: 10.1038/s41598-026-60054-3

Links zu dieser Meldung

• Originalveröffentlichung in „Scientific Reports“
• Institut für Geologie und Paläontologie der Universität Münster