Stratigrafie

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Stratigrafie bzw. -graphie oder Schichtenkunde ist ein Teilgebiet der Geowissenschaften. Der Ausdruck Stratigrafie, gebildet aus dem lateinischen Stratum = Lager, Decke und Griechischen grápheïn = (be)schreiben bezeichnet die Untersuchung von Schichtungen und ihre zeitliche Zuordnung. Stratigrafische Analysen sind vor allem für die Geologie und Archäologie von Bedeutung und helfen bei der relativen oder absoluten Datierung von Ablagerungen und Formationen.

Inhaltsverzeichnis 1 Allgemeine Definition 2 Stratigrafie in der Geologie 2.1 Lithostratigraphie 2.2 Magnetostratigraphie 2.3 Dendrochronologie 2.4 Biostratigraphie 2.5 Verfahren außerhalb der eigentlichen Stratigraphie 3 Stratigrafie in der Archäologie 3.1 Forschungsgeschichte 3.2 Grabungstechnik 4 Literatur 5 Weblinks

[Bearbeiten] Allgemeine Definition

Stratigrafie ist als Zweig der historischen Geologie die Grundlage zur Rekonstruktion der Entstehung der Erde. Ziel ist die Aufstellung einer Zeitskala zur Datierung der vergangenen geologischen Vorgänge auf der Erde. Grundlage der Stratigrafie sind die Gesteine, die anhand der Summe ihrer organischen und anorganischen Merkmale, der Gesteinsfazies, nach ihrer zeitlichen Bildungsfolge geordnet werden.

Stratigrafische Untersuchungen laufen in zwei Schritten ab: In einem analytischen Teil werden die Geländedaten erfasst und aufbereitet. Anschließend folgt die Interpretation dieser Daten in den verschiedenen Unterdisziplinen, wie z. B. der Geochronologie, Paläogeographie oder der Archäometrie.

Die Geochronologie als Unterdisziplin beschäftigt sich zum Beispiel mit der Zeitmessung und Zeitbestimmung der erdgeschichtlichen Vergangenheit. Die Biostratigrafie hingegen untersucht vor allem die Abfolge der fossilen Lebensformen in den Gesteinen. Für alle Unterdisziplinen gilt, dass sie auf die Erkenntnisse und Methoden ihrer Nachbardisziplinen angewiesen sind.

[Bearbeiten] Stratigrafie in der Geologie

Bei der Stratigrafie handelt es sich um Untersuchung, Betrachtung sowie zeitliche Bildungsfolge von Gesteinen mit all ihren anorganischen und organischen Merkmalen und Inhalten (z. B. Sedimenten und Fossilien). Im Allgemeinen gilt, dass bei ungestörter Lagerung die tieferliegenden Gesteinsschichten älter sind als die höherliegenden. Das erkannte schon Nicolaus Steno im Jahre 1669. Dieser Sachverhalt wird auch als das "stratigrafische Grundgesetz" bezeichnet. Nach den Kriterien der Schichten-Untergliederung werden u. a. die folgenden Unterdisziplinen unterschieden:

• Chronostratigrafie: Gliederung anhand der Zeit ihrer Entstehung.
• Biostratigrafie: Gliederung durch Fossilien, eingeführt durch William Smith.
• Orthostratigrafie: Gliederung durch Leitfossilien, eingeführt durch Leopold von Buch.
• Lithostratigrafie: Gliederung durch unterscheidbare Gesteinseinheiten.
• Eventstratigraphie: Gliederung aufgrund besonderer äußerer Ereignisse, die zu ihrer Bildung führten (z. B. Magnetostratigrafie).

Die Geochronologie dagegen ist eine reine, absolute Zeitgliederung und im Prinzip eine von der Stratigraphie unabhängige Disziplin.

[Bearbeiten] Lithostratigraphie

Die relative Altersbestimmung mit Hilfe der Lithostratigraphie war die erste Form der Datierung, die in der Geologie zur Rekonstruktion der Erdgeschichte herangezogen wurde. So wurde im 19. Jahrhundert mit den grundlegenden Prinzipien der horizontalen Ablagerung und dem Prinzip der Lagerungsfolge eine chronologische Reihenfolge erstellt. Die Probleme, die sich dabei ergaben, liegen in einer sinnvollen Einordnung bezüglich des Alters: Weder die Dicke der Schichten noch die Abfolge der Schichten können Auskunft über die absolut-zeitliche Dauer der Entstehung einer solchen Schicht geben. Hinzu kommen zeitliche Lücken, d. h. Schichten die vor der Ablagerung einer nächsten Schicht abgetragen wurden und so eine Schichtlücke bilden. Eine Schichtlücke kann beispielsweise im Zusammenhang mit tektonischen Aktivitäten auftreten. So bildet sich eine sogenannte Winkeldiskordanz, wenn mit Einsetzen einer Gebirgsbildung durch Erosion der bis hierhin überlieferte Schichtenstapel räumlich verstellt und abgetragen wird, bevor auf der Abtragungsfläche jüngere Ablagerungen sedimentiert werden.

Solche und weitere Störungen der Lagerungsverhältnisse erlauben eine zeitliche Einordnung der Deformations- und Intrusionsereignisse, da diese offensichtlich nach der Bildung der betroffenen Sedimentschichten eingetreten sind. So lassen sich diese Ereignisse in einen relativen Rahmen einordnen, der durch die stratigraphische Abfolge vorgegeben ist.

[Bearbeiten] Magnetostratigraphie

Während der sechziger Jahre des 20. Jahrhunderts wurden die Ozeane der Erde erstmals intensiv untersucht. Die Aufnahme des Magnetfeldes des Ozeansbodens lieferte den Beweis einer vielfachen Umkehrung des Erdmagnetfeldes während der letzten 150 Millionen Jahre der Erdgeschichte (s. auch Plattentektonik). Messbar ist die Fixierung der Ausrichtung des Magnetfeldes durch ferromagnetische Mineralien (zumeist Magnetit), die während der Abkühlung eines magmatischen Gesteins ihren Curie-Punkt unterschreiten (thermoremanenter Magnetismus) und dauerhaft magnetisch werden. Diese Art der Magnetisierung ist nicht bei Sedimenten vorhanden, sondern betrifft z. B. Basalte, die besonders häufig im ozeanischen Bereich vorkommen.

Sedimente können ebenfalls das Magnetfeld, das zum Zeitpunkt ihrer Entstehung vorhanden war, erhalten. Dabei werden magnetisierte Körner bei ihrer Sedimentation bevorzugt nach dem herrschenden Magnetfeld ausgerichtet. Weiterhin können magnetische Minerale wie Magnetit oder Hämatit im Verlauf der Diagenese neu gebildet werden und das Paläomagnetfeld konservieren.

Neben den Umkehrungen des Paläomagnetfelds kann auch die Richtung des Paläomagnetfeldes gemessen werden, z. B. um einen Polwanderpfad zu erstellen, der die Drift der Platten im Rahmen der Plattentektonik darstellt.

Bei größerem Aufwand ist auch die Intensität des Paläomagnetfeldes messbar.

Thermoremanenz und Sedimentationsremanenz ergeben also eine Magnetisierung einer Gesteinsfolge. Die chronologische Abfolge der dadurch messbaren Magnetfeldumkehrungen liefert zuverlässige Hinweise auf das stratigraphische Alter (Press/Siever, 1995).

[Bearbeiten] Dendrochronologie

Die Dendrochronologie ist zurückzuführen auf die Jahresringe eines Baumes. So werden zunächst an einem gerade gefällten Baum die einzelnen Jahresringe von außen nach innen gezählt. Oft ist eine signifikante Breite der einzelnen Jahresringe festzustellen, die sich auf bestimmte gute bzw. schlechte Wachstumsbedingungen und somit die Umwelteinflüsse zurückführen lassen. Diese charakteristischen Ringbreiten ermöglichen dann die Anpassung und Parallelisierung dieser typischen Ringfolgen mit älteren Bäumen in einer Region. In Mitteleuropa ist man so durch Ausmessung und Auswertung zahlreicher Stämme bereits bei Baumringfolgen, die bis etwa 7600 v. Chr. zurückreichen. Die Dendrochronologie zählt zu den genauesten Datierungsmethoden, hat jedoch den Nachteil, einen aus geologischer Sicht nur sehr kleinen Zeitraum abzudecken.

[Bearbeiten] Biostratigraphie

Im Zusammenhang mit der Entdeckung von Fossilien hat sich innerhalb der Stratigrafie die Biostratigrafie herausgebildet. So werden Fossilien zur relativen Datierung herangezogen, weil Fossilien durch Evolution zu einem bestimmten Zeitpunkt erstmals auftreten und das Auftreten verschiedener Fossilien charakteristische Abfolgen bildet. Gleiche Fossil-Vergesellschaftungen ermöglichen eine Korrelation von Gesteinseinheiten.

[Bearbeiten] Verfahren außerhalb der eigentlichen Stratigraphie

Auf diese Weise wurden stratigraphische Abfolgen mit den fossilen Ablagerungen kombiniert und alle Formationen miteinander korreliert. Dies ermöglichte eine erste für die ganze Erde anwendbare Zeitskala.

Auch die Unterteilung der Erdgeschichte in die verschiedenen Epochen wurde bereits aufgrund dieser relativen Datierungsmethoden vorgenommen. So ergibt sich nicht nur unser heutiges Bild von der Entstehung der Erdoberfläche, sondern auch von der Entstehung und Entwicklung der Pflanzen und Tiere. Um eine zeitliche Vorstellung der Epochen zu bekommen, reichen relative Datierungsmethoden jedoch nicht aus. Die Forscher des späten 18. und des 19. Jahrhunderts setzen erstmals die Vorstellung durch, dass die Erde nicht innerhalb weniger tausend Jahre entstanden ist. Doch auch sie konnten zunächst nur schätzen, in welchen Zeiträumen die Erde und das Leben auf ihr tatsächlich entstanden ist (Press/Siever, 1995).

Im 20. Jahrhundert ermöglichten neue Erkenntnisse in den Naturwissenschaften verläßliche Methoden für eine absolute Datierung der geologischen Zeiträume. Durch die Erforschung der chemischen und physikalischen Vorgänge in der Natur war man in der Lage, die Uhren der Natur zu erkennen und Methoden zu entwickeln, diese Uhren zu lesen.

So erlaubte außerhalb der eigentlichen Stratigraphie erst die Entdeckung der radioaktiven Zerfallsprozesse durch Henri Becquerel und der daraus abgeleiteten radiometrischen Altersbestimmungen die absolut-zeitliche Bestimmung von geologischen Vorgängen. Dabei sind die verschiedenen radiometrische Altersbestimmungen jeweils für bestimmte Zeitspannen tauglich. Die bekannte Kohlenstoffmethode C14-Methode ist z. B. nur für die jüngste geologische Vergangenheit (~55000 Jahre) verwendbar und wird hauptsächlich in der Archäologie zur Datierung eingesetzt.

Siehe auch Geologische Zeitskala, Stratameter

[Bearbeiten] Stratigrafie in der Archäologie

Als archäologische Stratigrafie bezeichnet man bei Ausgrabungen die in einem vertikalen Schichtprofil feststellbare Abfolge von Straten, die durch natürliche Ablagerungen und anthropogene Baumaßnahmen (Aufschüttung, Graben, Schacht, Brunnen, Pfostenloch, Planierung, Verfüllung etc.) entstanden ist.

Die zeitliche Einordnung von in der Fläche ergrabenen Befunden kann durch das Verhältnis dieser Schichten zueinander relativ bestimmt werden als: älter / jünger / zeitgleich / keine direkte Beziehung. Voraussetzung ist eine wissenschaftlich durchgeführte Grabung mit entsprechender Dokumentation!

Hilfsmittel dabei sind unter anderem geologische Schichtanalysen samt C14-Datierung (siehe oben) oder andere naturwissenschaftliche Datierungsmethoden. Hinzu kommen in den einzelnen Straten gefundene Artefakte, wie z. B. Bruchstücke von Tongefäßen oder Holz, Pollenanalysen, Färbung der Erde und Brandschichten.

[Bearbeiten] Forschungsgeschichte

Geologie

• 1839: Vortrag Jacques Boucher de Perthes' in Paris: Datierung von Artefakten anhand einer geolog. Stratigrafie im Somme-Tal ins Diluvium
• 1864: Erster Versuch einer vergleichenden Stratigrafie durch Lartet und Christy an paläolithischen Fundstellen im Périgord

Archäologie

• 1787: Beachtung von Schichten bei der Untersuchung eines indianischen Grabhügels in Virginia durch Thomas Jefferson
• 1871: Grabungsbeginn in Troja durch Heinrich Schliemann: Entstehung des Schliemanngrabens mit großem Profil (siehe Grabungsmethodik)
• 1890: Untersuchungen von Flinders Petrie am Tell el-Hesi: Keramikchronologie anhand der Stratigrafie
• 1948: C. Schaeffer: komparative Stratigrafie (C.F.A. Schaeffer, Stratigraphie Comparée et Chronologie de l'Asie Occidentale, 1948)
• 1973: Theoretische Aufarbeitung durch Edward Harris (Harris-Matrix)

[Bearbeiten] Grabungstechnik

Da die Stratigrafie für die Archäologie eine wesentliche Grundlage für die Rekonstruktion der Abfolge an einer Fundstelle ist, Grundlage der Chronologie somit, kommt einer Grabungstechnik besondere Bedeutung zu, die die stratigrafische Abfolge der Befunde und eine eindeutige Zuweisung der Funde ermöglicht. Prinzipiell werden in der Archäologie zwei verschiedene Grabungstechniken unterschieden (bei vielen Varianten in der Anlage der Schnitte und der Dokumentation):

• Grabung nach künstlichen Schichten (besser: nach willkürlichen Schichten): sog. Planagrabung. Die Grabung erfolgt in i. R. horizontalen Abträgen willkürlich festgelegter Stärke (z. B. 5 cm). Die Zuweisung der Funde erfolgt über Einzeleinmessung oder zu den Abträgen. Die Anlage von Profilen ist von zentraler Bedeutung.
• Grabung nach natürlichen Schichten (besser: nach evidenten Schichten): sog. Schichtengrabung. Hier wird mit dem jüngsten Befund beginnend Befund für Befund abgetragen. Dabei entstehen keine ebenen Grabungsflächen, doch ist die Zuweisung der Funde zum Befund eindeutig.

Auf dieser Grabungstechnik beruht auch die Harris-Matrix. Siehe auch: geologische Zeitskala, Paläomagnetismus, botanische Zeitskala, Gräberfeld, Ringwall

[Bearbeiten] Literatur

• Franke, H., 1969: Methoden der Geochronologie. Springer-Verlag.
• Landschaftsverband Rheinland, 1999: Pflanzenspuren. Archäobotanik im Rheinland: Agrarlandschaft und Nutzpflanzen im Wandel der Zeiten. Rheinland-Verlag.
• Mommsen, H., 1986: Archäometrie. Teubner Studienbücher.
• Murawski, H. und Meyer, W., 1998: Geologisches Wörterbuch. Ferdinand Enke Verlag.
• Press, F. und Siever, R., 1995: Allgemeine Geologie. Spektrum Akademischer Verlag.
• Rey, J., 1991: Geologische Altersbestimmung. Ferdinand Enke Verlag.
• Friedrich, M; Remmele, S; Kromer, B; Hofmann, J Spurk, M; Felix Kaiser, K; Orcel, Ch; Küppers, M, 2004: The 12,460-Year Hohenheim Oak and Pine Tree-Ring Chronology from Central Europe—a Unique Annual Record for Radiocarbon Calibration and Paleoenvironment Reconstructions Radiocarbon, Volume 46, Number 3, 2004, pp. 1111-1122(12).

[Bearbeiten] Weblinks

• http://www.stratigraphy.org/ (International Commission on Stratigraphy: Klick auf |GSSPs| für stratigrafische Tabelle im HTML-Format)
• http://www.stratigraphy.org/chus.pdf (aktuelle Version der stratigrafischen Tabelle der International Commission on Stratigraphy als PDF-Dokument)
• http://strata.geol.sc.edu (Sehr gute englischsprachige Seite zum Thema Sequenzstratigrafie)
• http://www.archeoworld.de.tf/Ausgrabung3.htm - ausführliche Beschreibung der Stratigrafie in der Archäologie
• http://webmuseen.de/ - Kastel, G. (1996): Radiokohlenstoff-Methode.