Wilde Gebirgsflüsse und trockene Ströme: Bohrkerne enthüllen Entwicklung des Tambacher Beckens

Paper ist einsehbar in der Fachzeitschrift Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology

Wissenschaftler:innen haben im Rahmen des BROMACKER-Projekts bedeutende Fortschritte bei der Erforschung des Tambacher Beckens erzielt. Mithilfe von Forschungsbohrungen konnten sie erstmals vollständige Abfolgen der Ablagerungen dieses bedeutenden geologischen Gebiets analysieren. Veröffentlicht wurden die Ergebnisse in der Fachzeitschrift „Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology“.

Wie sah der Lebensraum der Ursaurier vor 294 Millionen Jahren aus? Wie hat sich die damalige Landschaft im Tambacher Becken entwickelt? Und: können wir daraus etwas für unser heutiges Klima ableiten? Dank wissenschaftlicher Bohrungen bei Finsterbergen und Tambach-Dietharz im Rahmen des BROMACKER-Projekts in den Jahren 2022 und 2023 können Wissenschaftler:innen diese Fragen nun teilweise beantworten. 

Die Antwort liefern 200, bzw. 250 Meter lange Sedimentbohrkerne – eine Art Archiv der Schichten. Aus ihnen können die Forscher:innen ablesen, wie sich die Sedimente räumlich und zeitlich abgelagert haben, bzw. wie sich die Umweltbedingungen während des frühen Perms entwickelt haben. Die Bohrstellen wurden gezielt ausgewählt, um vollständige Sedimentabfolgen der Tambach-Formation zu gewinnen und diese mit regionalen Aufschlüssen sowie der Ausgrabungsstätte Bromacker in Beziehung zu setzen.

Die Bohrkerne zeichnen eine Landschaft nach

Die Ergebnisse zeigen, dass das Gebiet zunächst von wilden Gebirgsflüssen aus einem Hochgebiet östlich von Tambach geprägt war. Diese Flüsse, die das ganze Jahr über Wasser führten, schnitten bis zu 100 Meter tiefe Canyons in das Hochgebiet und lagerten grobe Gerölle im Vorland ab. Mit der fortschreitenden Abtragung nahmen das Relief und damit die Kraft der Flüsse ab, doch sie führten weiterhin ganzjährig Wasser und überfluteten das Tambach-Becken regelmäßig. Die Gesteine des Bromacker-Sandsteins, in dessen Niveau auch die Fundstelle liegt, zeigen Anzeichen für ein zeitweises Austrocknen der Flüsse, während in Regenzeiten dennoch große Bereiche des Beckens überflutet waren. 

Zugleich fanden die Forschenden in den Ablagerungen Gesteinsbruchstücke aus einem neu entstandenen Mittelgebirge westlich des Beckens – ein Hinweis auf tektonische Umwälzungen in der Region. Die zunehmende Größe dieser Bruchstücke spiegelt den zunehmenden Höhenunterschied zu diesem aufsteigenden Mittelgebirge wider. Die Art, wie die Ablagerungsgesteine übereinandergestapelt sind, zeigt, dass diese durch unregelmäßig wasserführende Ströme abgelagert wurden – vergleichbar mit heutigen Flusssystemen in sehr trockenen Regionen wie zum Beispiel Mittelasien.

Diese Umweltverhältnisse hatten einen maßgeblichen Einfluss auf die dort lebenden Tiere und Pflanzen. Die Funde am Bromacker deuten darauf hin, dass das Klima zunehmend trockener und saisonaler wurde, und die Lebewesen sich diesen neuen Verhältnissen anpassen konnten.

„Die Bohrungen haben uns die Möglichkeit gegeben, die verschiedenen Ablagerungsbedingungen und deren Entwicklung in Zeit und Raum nachzuvollziehen, wie es uns vorher nicht annähernd möglich war“, sagt Erstautor Jakob Stubenrauch, Doktorand am Institut für Geowissenschaften der Friedrich-Schiller-Universität Jena. „Damit können wir auch den Bromacker immer besser in den Kontext einer Entwicklung von Umweltbedingungen setzen. Die Lebewesen, die wir am Bromacker finden, lebten in einem Lebensraum, der nicht nur trocken und saisonal war, sondern vor allem immer trockener und saisonaler wurde.“

Derartige Erkenntnisse sind auch für drängende aktuelle Fragen bedeutsam, denn anhand dieser lässt sich die Tambach-Formation in das frühe Perm einordnen – eine Übergangsphase zwischen einer globalen Eiszeit und dem Beginn eines Treibhausklimas. Dieser Zeitraum markiert den erdgeschichtlich jüngsten Übergang dieser Art und könnte daher als Blaupause für die derzeitige Klimaerwärmung auf der Erde darstellen. Wer verstehen möchte, wie Ökosysteme wie das des Bromackers beeinflusst wurden, welche Prozesse dabei abliefen und welche Folgen sie hatten, muss die Sedimentabfolgen dieser Zeit verstehen.

Der Bromacker und das Projekt im Überblick:

Eine fossile Lagerstätte der Superlative: der Bromacker

Die im Thüringer Wald innerhalb des UNESCO Global Geoparks Thüringen Inselsberg – Drei Gleichen gelegene, unterpermische Fossillagerstätte Bromacker ist wegen des gemeinsamen Vorkommens von Wirbeltierfährten und deren Erzeugern in Form von Skeletten weltweit einzigartig. Bei dem hier fossil erhaltenen Ökosystem handelt es sich darüber hinaus um den frühesten Beleg für eine Nahrungspyramide mit wenigen Raubtieren an der Spitze, Pflanzen an der Basis und vielen Pflanzenfressern dazwischen – ähnlich wie moderne Ökosysteme aufgebaut sind. 

Die Bromacker-Lagerstätte wartet mit vielen Superlativen auf: das erste Stamm-Reptil – d.h. ein primitiver Vorfahr der Reptilien –, das zeitweise auf zwei Beinen laufen konnte; das erste Auftreten von Schuppen bei Synapsiden, den frühesten Vorfahren der Säugetiere; der erste Beleg für einen eindeutigen aufgerichteten Spreizgang, wie Analysen der Art Orobates pabsti belegen; der früheste in einer vollterrestrischen Paläoumwelt – d.h. einem Ökosystem, in dem es kein permanentes Gewässer gab – gefundene Regurgitalith (versteinertes Erbrochenes). Darüber hinaus stellt der Bromacker das älteste Ökosystem mit großen, spiralförmigen, teilweise Skelettreste enthaltenden Grabbauten dar – ein deutlicher Hinweis auf ein stark saisonales Klima mit Trocken- und Regenzeiten. 

Forschung und Wissenschaftskommunikation: das BROMACKER-Projekt 

Ein Meilenstein in der Erforschung der berühmten Fossillagerstätte ist das 2020 gestartete Projekt „Öffnen von Wissenschaft: Neue Wege des Wissenstransfers am Beispiel des Forschungsprojekts BROMACKER“. Das BROMACKER-Projekt verzahnt Forschung und Wissensvermittlung miteinander und stößt für die Öffentlichkeit ein Fenster in ein Ökosystem vor – nun – 294 Millionen Jahren auf.

An dem Projekt beteiligt sind neben der Friedenstein Stiftung Gotha die Friedrich-Schiller-Universität Jena, das Museum für Naturkunde Berlin – Leibniz-Institut für Evolutions- und Biodiversitätsforschung und der UNESCO Global Geopark Thüringen Inselsberg – Drei Gleichen. 

Der Freistaat Thüringen setzt nach Auslaufen des bisherigen Bundesprojekts die Förderung mit Landesmitteln bis vorläufig Ende 2027 fort. Mit der Fortführung der Ausgrabungen, Präparation, Sammlungsbetreuung und diverser Bildungsangebote und Vermittlungsformate für die breite Öffentlichkeit soll auch der Welterbestatus des UNESCO-Titels des Geoparks Thüringen Inselsberg – Drei Gleichen abgesichert werden. Die Forschung am Bromacker ist dafür maßgeblich.