Versteinertes Holz aus dem Kyffhäuser deckt 300 Millionen Jahre Erdgeschichte auf

Versteinertes Holz kann als natürliches Geoarchiv die geologische Geschichte ganzer Landschaften über Hunderte Millionen Jahre bewahren. Zu diesem Schluss kommt eine neue Studie, die unter Leitung der Universität Münster entstanden ist.

Untersucht wurden Fossilien aus dem Kyffhäuser-Gebirge in Nordthüringen, anhand derer sich erstmals nachvollziehen lässt, wie sich eine geologische Senke über außergewöhnlich lange Zeiträume entwickelt hat. Die Ergebnisse wurden in der Fachzeitschrift Scientific Reports veröffentlicht.

Tropische Wälder am Äquator

Die untersuchten Baumstämme erreichen Längen von bis zu 20 Metern. Sie lagern in rötlichen Sedimenten ehemaliger Flusssysteme, deren Eisenoxide auf ein warmes, zeitweise trockenes Klima hindeuten. Vor rund 300 Millionen Jahren befand sich die Region nahe dem Äquator auf dem Superkontinent Pangäa. Hier wuchsen heute ausgestorbene Verwandte moderner Nadelbäume in tropischen Trockenwäldern.

Die Stämme wurden durch Überschwemmungen rasch von Sedimenten bedeckt und konserviert. Der Kyffhäuser gilt als bedeutender Referenzstandort für diese Ablagerungsform, die sich auch in anderen europäischen Becken nachweisen lässt. Die Gesteine zählen zu den ältesten Ablagerungen des Zentraleuropäischen Beckensystems, das bis heute als wichtiger Speicher für Rohstoffe, Grundwasser und Geothermie gilt.

Quarz bewahrt Millionen Jahre

Während der Versteinerung wurde das Holz nach und nach durch Quarzkristalle ersetzt. Gelöste Kieselsäure drang zunächst in das abgestorbene Gewebe ein, stabilisierte dessen Zellstrukturen und kristallisierte später zu Quarz. Dabei entstanden mehrere Generationen von Mineralbildungen.

Jede Phase speichert Informationen über Temperatur, Druck und die chemische Zusammensetzung der Flüssigkeiten, aus denen der Quarz entstand. Zusammen umfassen die Phasen einen Zeitraum von rund 200 Millionen Jahren, von der ausgehenden Karbonzeit bis in die frühe Kreidezeit.

Einschließlich der späteren Hebung der Gesteine zurück an die Erdoberfläche ergibt sich sogar eine Entwicklungsgeschichte von etwa 300 Millionen Jahren – die längste bisher dokumentierte Reihe aufeinanderfolgender Holzmineralisierungsstadien.

Die Studie zeigt, dass die Versteinerung fünf Mineralisationsstadien umschließt:

1. Vor 304–299 Millionen Jahren (P): Die erste Verkieselung des Holzes (Permineralisierung) begann oberflächennah in einem Flusssystem. Vulkanische Aschen lieferten Silizium.
2. Vor 299–290 Millionen Jahren (Q1): Das Material wurde überdeckt, und Opal wandelte sich langsam in Quarz um.
3. Vor 257–260 Millionen Jahren (Q2): Quarz und Hämatit bildeten sich in etwa 1 km Tiefe, verbunden mit einer thermischen Entspannung der Erdkruste.
4. Vor 180 Millionen Jahren (Q3): Bildung von weiterem Quarz aus heißen salzhaltigen Beckenwässern, während das Material tief begraben war. Dabei herrschten Temperaturen von 170–240 °C und eine Tiefe von etwa 3,5–5 km.
5. Vor 100 Millionen Jahren (Q4): Regionale Bildung von Quarz und Baryt, bevor das Gestein schließlich im Quartär wieder an die Erdoberfläche gelangte.

Für die Rekonstruktion wurden zahlreiche moderne Analyseverfahren verwendet, darunter Isotopenmessungen, Raman-Thermometrie, Elektronenmikroskopie und geochronologische Datierungen. „Besonders aufschlussreich waren die winzigen Flüssigkeitseinschlüsse im Quarz, da sie die genauen Bedingungen während des Kristallwachstums konservieren“, erklärt Steffen Trümper.

Für den Kyffhäuser und das Saalebecken zeigt die Studie, dass ihre geologische Entwicklung anhand des verkieselten Holzes sehr genau rekonstruiert werden kann: Im Spätkarbon wurden die Baumstämme im Saalebecken abgelagert und durch kieselsäurehaltiges Wasser aus verwitterter Vulkanasche mineralisiert. Im Perm bis Jura sank das Becken auf 3,5–5 km Tiefe ab und erreichte bis zu 240 °C. In der Kreide und im Känozoikum führten Hebung und heiße Fluide zu weiterer Mineralisation und schließlich zur Freilegung des Kyffhäusers.

„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. „Damit steht der Wissenschaft ein neues Werkzeug zur Verfügung, um die Entwicklung von Kontinenten nachzuvollziehen.“

Artikelreferenz

Trümper, S., Franz, M., Sosa, G., et al. (2026). Fossil wood cells recorded 300 million years of Europe’s tectonic history.