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Erdgeschichte - Coggle Diagram
Erdgeschichte
Präkambrium (fast 90% der ganzen Erdgeschichte)
4.5-0.5Ga
- Ende: Biologische Hartteile
Hadaikum: 4.5-4Ga
Komatiite:
- Spinifex-textur (sehr lange nadelige kristalle als zeichen schneller abkühlung)
- bis zu 32% MgO --> Aufschmelzung Mantel bei höherer T als heute möglich
Erdbildung
- Solarer Nebel; Frostline, Soot line
innerhalb frostlinie kaum volatile elemente
- langsame kernbildung; Magnetfeld und wärmequelle, enfernung Fe0 in kern --> Oxidierter erdmantel
- Erde oxidiert durch verlust H2 und Fe0 kann in den Kern durch disproportionierung von 3Fe2+ -> 2Fe3+ + Fe0
bedeutung Mond?
- gezeiten
- stabilisierung rotationsachse und klimazonen
Archaikum:
3.8-2.5Ga
Am Ende bildung grosser Kontinente
- bildung 80% der Erdkruste, dannach nur noch reduziert schnell
Archaische Gesteine:Oz. Kruste (komatiite bis Basalte)
\(\to\) Greenstone belts
- Stratigraphie: unten Basalte mit omatiiten (lower volcanic unit), dann middle volcanic unit und oben dann sedimentary unit mit chemischen und siliziklastischen sedimenten
- entstehung: frühe kontinent bildung durch kollision --> Ehem Oz sind dann grüngesteingürtel (Suturzonen)
- wichtige Au quellen - Au bleibt in erstkristallisaten (ultramafika - basalte und komatiite) zurück
Granulite:
- Hoch T, mittel P
- Tonalite und Trondhjemite als Ausgangsgestein (eher weniger Granodiorit und Granit)
- K arme gesteine (kein KFsp)
Chert (Kieselschiefer)
- ausfällung aus Meerwasser
Banded iiron formation (BIF)
- gebändertes Eisenerz: aufzeiger von O2 im Ozean
- Algoma-Typ: Linsenartig mit Vulkaniten und Grauwacken verzahnt (Submarine vulkanische aktivität)
- Superior-Typ: In Schelfgebieten grossflächig
- Rapitan-Typ: Ende Neoproterozoikum - zusammen mit glazialen Sedimenten - Snowball earth (Tiefsee)
\(\to\) Durch snowball earth wieder reduzierende bedingungen im Ozean und deshalb BIF?
Fossilarten:
- Synthetisiertes von Eukaryoten
- Cyanobakterien
Achtung: Gestapelte Tonminerale können aussehen wie Lebewesen (Wurmartig)
\(\to\) im Archaikum archaen (Extremophil - hohe Temp und hohe salzkonzentration)
Eiszeiten:
- Hinweise durch Dropstones in sedimenten und Diamikten
- Globale Vereisung genau dann, als O2 level stieg, da O2 die Treibhausgase zerstört (verlust von NH3 und CH4) (sequestierung von CO2)
- Erosion reduziert CO2 (Verstärkte chemische Verwitterung)
\(\to\) EIs nahe des Äquators durch Paläomagnetismus herausgefunden --> Globale Vereisung!
- Ablagerungen von Ikaiten (nur in kaltem Wasser, heute in Polargebiet beobachtet)
- nach Eiszeit Sediment Akkumulation erhöht (Karbonatbildung durch "Gesteinspulver")
- Bei einer Eiszeit ist Albedo höher und hilft abkühlung
--> wie hört globale vereisung auf? Durch Treibhausgasemmission aus Vulkanen oder durch CaCO3 übersättigung in meeren - Cap-Carbonate (chemische Sedimente) reduzieren CO2 und Biologische Produktion kommt wieder in gang
Ediacaran Fauna:
- Fauna nach Snowball earth
- Spurenfossile von diversen Lebewesen unter wasser
Proterozoikum:
- 2.5-0.5Ga
- Ende von BIF, start von Rotsedimenten (oxidation)
- Start von Karbonatbildung
- Kontinenten wachstum (Superkontinente)
Prokariota und Eukariota (Zellkern)
- Zellkern: Zytoplasma kann variieren in zusammensetzung und erfüllt transportfunktionen
viel DNA und gut sortiert --> Mitose nach striktem plan
- bildung Protisten (zb Choanoflagellate) bis zu mehrzellern (Schwämme)
- Bildung Cnidaria (Polypen, welche sich abschnüren und Medusen bilden (Qualle)
Autotrophe Organismen:
- Organische Materie aus Grundbausteinen (CO2, H2O, N2, P,..) herstellen mit Energie (Licht) --> Primäre Produktion
Heterotrophe Organismen:
- verwerten Materie, welche von anderen Organismen produziert wurde
\(\to\) durch verbreutung Photosynthese im Archaikumwird immer mehr freier O2 produziert (wird bis 2.3Ga im Meer zur Oxidation von Fe benötigt/verbraucht)
BIF Bildung von 2.3-1.8Ga, dannach mehr O2 produktion, als verbrauch durch Fe-ox.
Evidenzen zum Anstieg O2 um 2.4Ga:
- massenunabhängige S-Itopoenfraktionierung
- Ce- Anomalien
- Molybdän-Isotope (Mo6+ löslich und nur mit O2, sonst Mo4+ unlöslich)
\(\to\) Isotopenfraktionierung: Mo muss in Lösung sein - Mo bildet Oxyanionen - O2 frei nötig - wenn O2 vorhanden_ Mo Oxyanionen in Lösung - Mo-Isotopenfraktionierung sorgt für hohes \(\delta^{98/95}\) Mo in Meerwasser
\(\to\) Mo variabilität nimmt erst nach 2.6Ga zu - O zunahme!
Durch Mo in Meerwasser ab 2.6 und durch S ab 2.4 in atmosphäre
Dadurch, dass das meiste Fe0 im Kern ist, konnte der O-gehalt in der Atmosphäre schneller steigen, als wenn noch 90% mehr Fe0 hätte oxidiert werden müssen
Sauerstoff haltige Atmosphäre:
ab ca 2.4Ga
- Stromatolithe als indikator
Massenunabhängige Isotopenfraktionierung
--> Sichtbar ob phasenweise mehr S oder H2S vorhanden bei reduzierender Atmosphäre
- ende perm weniger O2 als vorher (starke senkung), vorher fast 50% mehr O2 als heute
- ab O2 vorkommen ist die Atmosphäre biologisch kontrolliert
S-Isotope als Proxy für O2:
-
Karbonate
- hohe \(^{13}C\) anreicherung
\(\to\) Massenbilanz \(M_{Organik}/M_{C_{Carbonate}}\)
- 12C Wird bevorzugt von Organismen eingebaut
- Karbonate praktisch für C Isotopen --> Snowball earth aufzeiger
- Karbonatbbildung durch CO2 verlust in Atmosphäre durch Silizische Verwitterung
Superkontinente:
Laurentia (?)
- erste lineare Orogene
\(\to\) Eklogite ab ca 2 Ga (Plattentektonik indiz) und Blauschiefer ab Phanerozoikum (600Ma) - Blauschiefer erodiert oder inexistent vorher?
Ur:
3.6-2.8GaSuperia/Kenorland
2.7-2.1GaColumbia
1.8-1.5GaRodinia
1.25-075Ga
- zerbricht: bildung Iapetus und Panthalassischer Ozean und führt zu Snowball earth
Pangäa (Laurasia+Gondwana)
300Ma
\(\to\) rekonstruktion von Plattenpositionen durch Paläomagnetik und mafische Gänge
Bildung Atmosphäre
- H2O auf Erde möglicherweise durch Meteoriten (Nur wenn Meteorit kein \(Fe^0\) da Fe + H2o = FeO+H2), durch akkretion von H2 und OH-haltigen Mineralen oder auch durch Eisige Kometen
- bildung1. Atmosphäre:
- meteorit bringt neue komponenten und vulkanismus auf Erde macht Atmosphäre ( durch viel Meteoriten (?) einschläge auf Mond konnten Flüchtige Bestandteile neue Erde bilden - auch beim mond)
- Verlust Atmosphäre durch hohe erhitzung der oberen Atmosphäre (zb durch Impact) --> Impact zerstört grosse teile der Erde, welche dann Mond bilden
- bildung 2. Atmosphäre:
- durch starken Vulkanismus werden Gase (H20, CO2, SO2, H2, CO, H2S, HCL, HF) ausgestossen und bilden so 2. Atmosphäre (sehr wenig O, nicht frei, CO2, CH4, NH3)
\(\to\) 2. Atmosphäre stark reduzierend, evtl Wasserhaltig - kein freies O2 (zb \(U^{IV}\) als Hinweis für reduzierende Atmosphäre)
-
Meteoriten einschläge:
- einfache Krater und komplexe krater
- komplexe Krater haben in der Mitte noch einen Uplift
Sonne wird heller mit der zeit (H zu He --> verdichtung kern --> Kern kontrahiert und wird heisser --> Fusion beschleunigt --> Mehr Energie
\(\to\) Sonne anfangs ~30% weniger hell, aber T auf Erde +- Konstant
\(\to\) Oberflächentemp durch CO2 und CH4 gesteuert (Sehr saurer regen pH~3.7)
Urand in reduzierenden Atmosphäre kann im Wasser transportiert werden
Da Wasser neutronen mit sich füht, gab es natürliche Kernspaltungen (natürlicher kernreaktor)
Miller-Urey experiment
- Bildung von Aminosäuren durch Gewitter in Atmosphäre
\(\to\) nur im reduzierten millieu
grundlage für eine Zelle:
- Amphiphile Moleküle (seife)
- Am MOR (submarine Hydrothermalquelle - black smoker) mögliche umgebung für erstes leben
Phanerozoikum
Paläozoikum
ab 542Ma
- bei 251Ma grosses Aussterbeereignis
Kambrium
542-488Ma
- O2 60% des heutigen wertes
- CO2 15-20x so hoch wie heute
- höheres Meeresniveau
- kontinente am S-Pol
Kambrische Explosion:
Plötzliches Auftreten von vielen Fossilen mit Hartteilen (Metazoa)
- Metazoa:
- Vielzeller mit nervensystem, und verdauungstrakt
- nur Schwämme und bereits im Späten Proterozoikum, sinst Lebewesen mit Hartteilen hier neu
- Ursachen:
- O2 genug hoch für Tiere
- Bilaterales System(Kombi, duplikation, ...
- Raubtiere der Prädatoren (Schutz durch Hartteile, Augen)
- Entwicklung der Prädation
- übergang von Aragonit zu kalzitmeer
Hohe diversifizierung in Lebewesen durch:
- O2 erlaubt höhere Aktivität von Lebewesen
- Raubtiere: Längere Nahrungskette - grosse diversifizierung
- Skelett und Schuttpanzer
- Provinzen: Kontinente etablieren ihre eigenen Ökosysteme
Arten:
- Treptichnus Pedum (Wurmartig)
- Brachiopoden
- Archaeocyathiden (Riffbildend)
- Trilobiten
- super leitfossile für Kambrium (Leitfossil: kurze zeut, über möglichst viele lebensräume verteilt)
Superkontinent
- Gondwana und, kleiner, Baltica, Laurentia-Sibiria
- Kontinente am S-Pol
Massenaussterben um 500Ma
- Gleichbleibender zustand sorgt für spezialisierung - bei änderung aussterben
W7, F11
Ordovizium:
- Ozeane trennen Kontinente Laurentia, Baltica, Siberia und Gondwana
- Ende Ordovizium eine kleine Eiszeit
- Korallenriffe breiten sich aus und Pflanzen besiedeln land
- Bryozoa, Brachiopoda, Porifera (bilden riff) , Arthropoda,Ammoniten, Mollusca (Ernähren sich vom Riff)
Ende Ordovizium:
Silur:
- Warm Phase
- Laurentia kollidiert mit Baltica, Nördl. Iapetus ozean schliesst sich
- Kaledonische Orogenese 490-390Ma
- Graptolithen \(\to\) typisch silur in Schwarzschiefern
- im Spätsilur: Kieferlose Fische
Devon:
Frühes Devon
- Kaledonische Orogenese 490-390Ma
- frühe paläozoische ozeane schliessen sich, Pangäa entsteht
- Vasikische Orogenese
Spätes Devon
- Paläozoischer Ozean geschlossen, bildung Apalachen und variszische Berge
\(\to\) Viel Flachwasserregionen
- entwicklung 4 beiniger Vertebrata nahe Äquator
- starke Bodenbildungszunahme (von ganz kleinen wurzeln zu richtigen Bäumen möglich)
- Brachiopoda, Pelecypoda, Bryozoa, Lungenfische und später Ichtyostega an land
Kieferfische gehen an Land um Prädation auszuweichen
Ende Devon:
- Massenaussterben 375-360Ma, ~50% aller Gattungen und 70% aller Arten weg
- Ursache umstritten: Vulkanismus (Hg eintrag erhöht und H2S) oder Impakt
\(\to\) Übergang Wasser-Land (aber noch nicht ganz genau bekannt)
und: Probleme an Land:
- Starke Struktr (Fehlender Auftrieb)
- gefahr der Austrocknung
- extremere Kälte und Wärme
- O2 anders
- anpassung Augen und Gehör nötig
Karbon
- übergang Warm- kalt Phase
- Vermehrte Kohlebildung kurz vor Paläo-Thetys schliessung
- Regenwälder bedecken tropische Regionen von Pangäa, im N und S sind Wüsten und Eiskappe an S-Pol
- Palme und Farn-Bäume
- sehr viel O2 und dadurch Waldbrände (Ligninsynthese in Pflanzen vor Lignin abbauenden Pilzen --> grosse ansammlung ligninreichem Material im Untergrund)
- Ende: Kalt Phase (Starke abkühlung mit Eiszeit)
Eisvorkommen in etwa gleichzeitig wie weniger CO2 in Atmosphäre
- Ursache Eiszeit:
sedimentation von organischem C führt zu CO2 reduktion in Atmosphäre
Perm
- starke Erwärmung (heisserte Phase im Phanerozoikum) nach Kaltphase
- ende der Variskischen Orogenese gibt es Extension (Beckenentstehung)
- Barrier reef: Bryozoen, Brachiopoda, Schnecken, Muscheln
Riffdach: Bryozoen, Brachiopoden, Schnecken, Muscheln, Nautiliden
- Ausdehnung Pangäa: Klimaänderung (Arid mit Evaporiten), Paläothetys fast ganz von Inselbogen und Kontinenten eingeschlossen
- Starkes Salzvorkommen vor Massenaussterben
- Landtiere: Therapsiden - Pflanzenfresser, Kälteresistent
- Massenaussterben:
- grösstes Massenaussterben, eher schnell (<0.1Ma)
- Riffe extrem betroffen, Land auch (Kohle ablagerung stoppt)
- Ursache:
- Vulkanismus: Siberian Traps (enorme CO2 freisetzung, da Magma intrusion in Kohle)
- schnelle T veränderung - anoxische bedingungen im Wasser
W8, F 61
Mesozoikum
Trias
- noch gerade so Pangäa, aber von Nord bis Süd gedehnt, grosse Landmasse am Äquator
- Anstieg Meeresspiegel
- Warm: auch an polen gemässigtes Klima
- Buntsandstein, Keuper und Muschelkalk
- Riff:
- Kuppel-Gemeinschaftsriff: Korallen, Muscheln, Schnecken, Seegurken (echinodermata), Brachiopoda, Bryozoa
- Kalkarenit/Lagunenkalk Gemeinschaft: Muscheln, Brachiopoda, Seegurke, Spurenfossilen (Crustazeen), Ammoniten
- Amphibia legenmassenweise Eier im Wasser, Reptile legen Eier an Land
- Tetrapoden (Amphibia, Amniota (Synapsida, Sauropsida))
- Diapside: zwei Schädelfenster, Synapsid: Ein Schädelfenster, Anapsid: kein Schädelfenster (schädelfenster hinter den Augenhöhlen)
- Aus Diapsid werden Vögel und Reptilien
- Aus Synapsid werden Säugetiere
- Scaphophynx: Pflanzenfresser mit leichteren Knochen
-
Jura
um 152Ma herum
- Zerfall von Gondwana in Einzelkontinente
- Thetys nicht mehr geschlossen, Zentralatlantik ist enges becken
ende Jura = oberer Jura: Auseinanderbrechen von Pangäa -> Anfänglich bleibt Ozeanzirkulation gleich
- Ende Jura erneute Kaltzeit (weniger kalt, als andere kaltzeiten), sonst sehr stabil warm in Trias und Jura
- entwicklung Meeresfaubna: Ammoniten (Cephalopoda (wichtige Leitfossile in Jura und Kreide)
- Anstieg von bildung/Beitrag von primitiven Basalten - öffnung Atlantik
Kreide:
- Rudisten (Bivalven)
- effekte von sekulärer Mg/Ca variation im Ozean: Aragonit oder Calcit ausfällung
- Oz. Krustenbildung niedrig: Mg/Ca hoch, Oz. Krustenbildung hoch: Mg/Ca niedrig (Spilitisierung) \(\to\) Alteration von Olivin, Pyroxen, und Glas zu Mg-Chlorit und Aktinolith entfernt Mg aus Meerwasser
- erneut warmphase
- Massenaussterben(K/Pg Grenze bei 66.0 Ma)
- Ende der Dinosaurier, Planktonarten und Ammoniten
- Säugetiere und Vögel überleben
- Ursache:
- Impakt oder Vulkanismus?
Iridium fast alles im Erdkern (so wie fast alle PGE) --> iridium Anomalie hinweis für Impakt + Spherulenkugeln und Krater gefunden
Impakt im Schelf: Karbonate setzten SO2 frei bei einschlag
\(\to\) Druckwelle, Tsunami, Waldbrände, verdunklung, SO2 in Atmosphäre, Abbau Ozonschicht durch Halogenide (Förderung von Verwitterung senkt pH in Ozean weiter)
Dekkan Traps
_ Aussterben korrelier genau mit Ir Anomalie, Änderung in Karbonatbildung und \(\delta^{13}C\)
Dinosauria
- Theropoda = frühester dino (karnivor mit zweibeinigem gang)
- Sauropodomorphe, Prosauropoden und Sauropoden sind herbivor, langer Hals und kleiner kopf
- Vogelbeckensaurier (Herbivor, kleiner als Sauropoden, vierbeiniger Gang
- Gross: Schutz vor Carnivoren, zugang zu Baumkronen
- Kleine Dinosaurier haben Federn
- Archaeopteryx (Trias) \(\to\) Hohle Knochen
Känozoikum
Paläogen
- erst Ende Paläogen veränderung von Ozeanströmungen --> Klima bleibt lange
nach Aussterben gemässigt und Warm
- Nach Aussterben von Theropoden entwicklung von grossen, Flugunfähigen Vögeln ( zb Strauss)
\(\to\) da Form des Vogels überall ähnlich, hat sich dieser Stamm noch vor auseinanderbrechen von Gondwana gebildet
- Starke diversifizierung von Säugetieren
- Gehör neu gebildet
- Gehirn vergrössert
- Endothermie/Warmblüter: hohe Aktivität
- Kinder direkt geboren
- Muttermilch
- Mammaliaformes: Muskel setzt im geschlossenen Schädelfenster an (Synapsid)
- deutliche verbreitung von Nackt- und Bedecktsamer
- rasche erholung und diversifizierung in Ozeanen von PlankTon und Foraminiferen
- in den letzten 30Ma stark intensivierte Verwitterung (Sr Kurve) --> Erniedrigung von CO2 und somit abkühlung
Hauptgruppen von Mammalia
- Monotrema (Kloakentiere): Legen Eier
- Metatheria (Beuteltiere): Direktgeburt aber ~inernes Ei
- Eutheria (plazentatiere): Direktgeburt, Plazenta zur Ernährung des Kindes
Paläozän-Eozän
- gerade ende Paläozän sehr starker peak (t zunahme) - Ursache Unklar = PETM (Paläozän-Eozän Thermisches Maximum
- Ursachen: Eruption Kimberlitfel, Vulkanische Aktivität, Meteoriteneinschlag, Milankovic Zyklen (Orbital forcing), Freisetzung von methan (da erde warm)
Abkühlung seit Eozän
Oligozän
- im Oligozän erstmals starke änderung von Ozeanströmungen
Primaten:
- Greifhände und -füsse
- Stereoskopische Sicht
- relativ grosses Hirn
- vor ?6Ma trennung von Menschenaffen und Menschen
Neogen
- Himalaya und andere gebirgsbildungen
- C4 Pflanzen (positives Feedback: Trocken: C4 \(\to\) reduktion CO2 \(\to\) abkühlung \(\to\) weniger Niederschläge und somit trockener)
Out of Africa:
- Fundorte der alten Hominideen in Afrika und oft in Vulkanischer Asche und in Höhlen (Breckzien --> Höhleneinsturz)
- Gattung: Homo
vor 1.8Ma in Ostafrika und Nahost, erst sehr viel jünger in Europa (~0.5Ma) und Asien (~1.1Ma)
- Meeresspiegelschwänkungen erlaubten weitere ausbreitung nach Australien und Amerika (Klimaabhängige Ausbreitung)
- Entwicklung grosser Gehirne?
- mehr Energie vebrauch und daher ineffizient - ausser:
trockenheit sorgte für schwierige Nahrungsbeschaffung und Intelligenz hilft bei der Jagd (Homo erectus stellte Werkzeuge her)
Anthropozän-neues Zeitalter?
- Ab wann? in diskussion
- römer sorgten bereits für erste grosse Umweltverschmutzung (Blei abbau)
- 1945 mit Atombomben möglicher start von Anthropozän
- Anpassung von Pflanzen an Land:
- cuticula als Schutz vor Austrocknung
- Kapillare Gefässe für Transport von Wasser mit gelösten Nährstoffen
- Lignin (verstärkt Xylem)
- Phloem transportiert Produkte von Photosynthese
- Wurzeln, Blätter
Revolutionäre Phasen:
- Akkretion Erde (1. kernbildung)
- Giant Impact: Mondbildung - 2. Kernbildung
- Erdabkühlung und entstehung Magnetfeld
- veränderung Treibhausgase --> Eiszeiten
- Mantelkonvektion- Megaeruptionen (LIP)
- Oxidation von Fe durch biologische Aktivität
- Impakt und Massenausterbeereignisse
Evolutionäre Phasen werden von revolutionären Phasen beendet und erzeuegen neuen Normalzustand