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Lexikon der Geowissenschaften: Kambrium

Kambrium, das älteste System des Phanerozoikums, nach dem Präkambrium und vor dem Ordovizium. Das Kambrium begann vor ungefähr 545 Mio. Jahren und endete vor etwa 505 Mio. Jahren. Sedimentgesteine des Kambriums überliefern den Beginn der Entwicklung vielfältiger und komplexer Metazoen mit biomineralisierten Skeletten. Am gebräuchlichsten ist die Unterteilung in drei Stufen: Unterkambrium (545-525 Mio. Jahre), Mittelkambrium (520-512 Mio. Jahre) und Oberkambrium (512-505 Mio. Jahre). Als Präkambrium/Kambrium-Grenze wurde 1992 von der kambrischen Subkommission der Internationalen stratigraphischen Kommission ein Horizont oder GSSP bei Fortune Head im Südosten Neufundlands (Kanada) ratifiziert. Die Grenze liegt an der Basis der Phycodes-pedum-Zone und basiert auf dem ersten Erscheinen von komplexen Spurenfossilien wie Phycodes pedum (jetzt Trichophycus pedum genannt), die mit den einfachen niedrig-diversen, subhorizontalen Spurenfossilien des Präkambriums kontrastieren (z.B. Harlaniella podolica, Nenoxites, Palaeopascichnus). Es ist der Anfang einer zweiphasigen Radiation phanerozoischer Faunen, die mit dem Erscheinen der tiefen komplexen Spurenfossilien beginnt, gefolgt von der Entwicklung diverser skelettbildender Metazoen, die alle (mit Ausnahme von Cloudina) frühkambrisch oder jünger sind. Ichnofossilien sind besonders häufig in den siliciklastischen Sequenzen der meisten Kontinente (z.B. Avalon, Australien, Osteuropäische Plattform, Laurentia, Gondwana), in denen andere Fossilien selten sind, und daher besonders geeignet für interregionale Korrelation im Grenzbereich Präkambrium-Kambrium. Die Geschichte der Definition und Klassifizierung des Kambriums begann in Großbritannien (Nordwales) mit einer Publikation von Adam Sedgwick (1835). Er benannte das Kambrium nach Cambria, dem römischen Wort für Cumbria ( = Wales). Sedgwick unterteilte die Periode in unteres Kambrium mit Bangor-Gruppe (Llanberis Slates und Harlech Grits) und Ffestiniog-Gruppe (Lingula Flags, Tremadoc- und Arenig Slates) und in oberes Kambrium mit Bala Strata. Nur die unteren Anteile von Sedgwicks unterem Kambrium werden heute noch dem Kambrium zugerechnet, der Rest (ab Tremadoc Slates) fällt in das Ordovizium und Silur.

Eine paläogeographische Rekonstruktion zeigt, das die Verteilung der Kontinente, Epikontinentalmeere und tiefen Ozeanbecken im späten Kambrium ganz anders war als heute (geologische Zeitskala). Der größte der kambrischen Kontinente war Gondwana, das sich prinzipiell aus dem heutigen Südamerika, Afrika und Südeuropa zusammensetzte sowie aus Anteilen des mittleren Ostens, Indiens, Australiens und der Antarktis. Der zweite große Kontinent war Laurentia, das hauptsächlich aus dem heutigen Nordamerika und Grönland bestand. Sibirien, China und Kasachstania bildeten separate kleinere Landmassen in niedrigen Breiten, während Baltica (das heutige Nordeuropa) sich in mittleren bis hohen Breiten der südlichen Hemisphäre befand.

Das Kambrium war eine Zeit mit relativ geringer tektonischer Aktivität. Es stellt eine Übergangsperiode zwischen dem Auseinanderdriften eines Superkontinentes im späten Proterozoikum/frühen Kambrium und der Kollision von großen Lithosphärenplatten im späteren Paläozoikum dar. Magmatismus ist im Kambrium hauptsächlich mit der Entstehung von Inselbogen-Komplexen verknüpft (z.B. in Zentralasien und im Tasman-Faltengürtel). Vermutlich unterkambrische Plateau-Basalte sind in Australien verbreitet.

Kontinentaloberflächen im Kambrium waren desolat, und weder Pflanzen noch Tiere waren vorhanden. Das Klima war vermutlich wärmer als heute und weniger differenziert. Darauf deutet das Fehlen glaziogener Ablagerungen und die weite Verbreitung von Carbonaten und Evaporiten (z.B. in Südsibirien und im Osten der USA). Charakteristische Ablagerungen der warmen Epikontinentalmeere in niederen Breiten waren Carbonate, besonders häufig mit Stromatolithen und Oolithen, und Dolomite. Riffgürtel und riffoide Strukturen wurden im Unterkambrium von Archaeocyathida aufgebaut, später von Cyanobakterien, z.B. Epiphyton und Renalcis. Charakteristische Ablagerungen der Schelfmeere in höheren Breiten sind Alaunschiefer und "Stinkkalke", die manchmal hervorragend erhaltene Fossilfaunen enthalten (z.B. die oberkambrischen Orstenfossilien in Schweden). Auch Glaukonitsandsteine und Phosphat-Konglomerate kommen häufig vor.

Aus dem Kambrium sind keine terrestrischen oder Süßwasserfloren bzw. -faunen überliefert. Kambrische Biota sind nur in marinen Sedimenten zu finden. Kambrische Gesteine enthalten fossile Überreste der meisten Tierstämme, jedoch noch keine Bryozoa oder Vertebratenreste. Der Beginn des Kambriums ist charakterisiert durch das Auftreten von Biomineralisation in vielen Organismen. Durch diesen dramatischen Unterschied zum Präkambrium wurde das Fossilisationspotential vermutlich bereits existierender Formen stark erhöht. Phosphogene Episoden im Grenzbereich Präkambrium/Kambrium deuten auf umwälzende paläoozeanische Ereignisse, die möglicherweise Einfluß auf die Skelettgenese nahmen. Das Kambrium war eine Zeit, in der eine explosive Entwicklung neuer biologischer Formen stattfand und mit Morphologien und neuen Lebensformen experimentiert wurde. Nicht alle Versuche waren erfolgreich und viele kambrische Lebensformen überlebten diese Periode nicht. Vertreter der Porifera (Schwämme) tauchten schon im Kambrium auf, und silicatische Schwammnadeln von hexactinelliden Schwämmen sind bereits in Sedimenten der Meishucun-Stufe in China und auch in der unteren Tommot-Stufe der Sibirschen Plattform vorhanden. Kurz darauf (im Atdaban) erscheinen die ersten Demospongea und Calcarea (Kalkschwämme). Möglicherweise auch zu den Schwämmen gehörten die Archaeocyathiden, die in der Tommot-Stufe erschienen und bereits gegen Ende des Unterkambriums ausstarben (in Nordamerika erst im frühen Mittelkambrium). Gemeinsam mit Cyanobakterien (z.B. Epiphyton und Renalcis) bauten sie die ersten Riffkomplexe der Erde.

Die Cnidaria waren im Kambrium ebenso wie im späten Präkambrium nur mit skelettlosen Formen vertreten. In der unterkambrischen Chengjiang-Fauna von China wurden medusenähnliche Formen, z.B. Rotadiscus, Stellostomites und Yunnanomedusa, gefunden. Kalkskleren, die Skelettelementen von Octocorallia ähneln, wurden aus dem Unterkambrium von Südaustralien beschrieben. Die Stellung anderer Kalkskelette, die zu den Cnidariern gestellt wurden (z.B. Hydroconozoa), ist fragwürdig.

Die ältesten (phosphatschaligen) Brachiopoden (Pateriniden) sind bereits aus dem Tommot von Sibirien bekannt. Kurz danach (im Atdaban) erschienen auch die ersten Linguliden und Acrotretiden. Auch die ältesten kalkschaligen Brachiopoden kommen bereits im späten Tommot mit den Ordnungen Obolellida und Kutorginida vor. Sie gehören zu den frühesten Skelett-Tieren. Alle kalkschaligen Brachiopoden im Kambrium sind charakterisiert durch ihre noch primitive Artikulation. Die Molluska bildeten eine diverse Gruppe im Kambrium, und aus dem Unterkambrium wurden über 160 Gattungen beschrieben. Russische Paläontologen zeigten, daß fossile Monoplacophoren benutzt werden können, um den ältesten Teil des Kambrium zu gliedern, besonders, wo noch keine Trilobiten vorhanden sind. Es zeigte sich, das die meisten früh- bis mittelkambrischen Mollusken sehr klein sind ( ≤ 5 mm) und mit Hilfe chemischer Methoden aus Kalkgesteinen herausgeätzt werden können. Mit Hilfe dieser Methode entdeckte man weitere kleine Schalenreste, deren zunehmende Komplexität die frühe Evolution der biomineralisierten Schalentiere dokumentiert. Diese sogenannten "small shelly fossils" (kleine Schalenfossilien) oder SMFs sind charakteristisch für das Kambrium und von Bedeutung für die biostratigraphische Zonierung. Sie setzten erst nach den ersten komplexen Ichnofossilien ein. Die Faunen setzen sich aus kleinen, i.a. 1-5 mm langen Röhren, Stacheln, konischen Gehäusen und Plättchen zusammen, die oft keiner modernen Gruppe zugeordnet werden können. Eine weitere wichtige Gruppe im Kambrium sind die Hyolithen, die auf das Paläozoikum beschränkt sind und die kegelförmige aragonitische Gehäuse mit Operculum bauten. Ihre systematische Zuordnung ist nicht bekannt, möglicherweise handelte es sich um frühe Mollusken oder Sipunculiden. Trilobiten stellen eine der wichtigsten Fossilgruppen des Kambriums dar. Spurenfossilien, die auf Trilobiten zurückgeführt werden, sind seit dem Unterkambrium bekannt, jedoch körperlich erhaltene Trilobiten wurden erst im Atdaban, also nach den frühesten SMFs gefunden. Ostracoden erscheinen ebenfalls im Unterkambrium mit der Ordnung Bradoriida. Eindeutige Echinodermata kommen ab dem Atdaban vor (obwohl vermutliche Vorläufer bereits aus dem Präkambrium bekannt sind) und hatten anfangs noch nicht die pentaradiale Symmetrie, die spätere Formen charakterisiert. Die Vorläufer der echten oder Euconodonten, die Protoconodonten (mit der Gattung Protohertzina), sind häufiger Bestandteil der frühesten Fossilgesellschaften. Ihre Beziehung zu den Para- und Euconodonten, die ebenfalls im Kambrium auftauchten, ist obskur.

Faunenprovinzen sind im Kambrium für zwei Fossilgruppen gut dokumentiert: Trilobiten und Archaeocyathiden. Die Trilobitenfaunen kontinentaler Schelfmeere werden häufig von endemischen Taxa beherrscht und sind daher brauchbarer für biogeographische Studien als die Tiefwasserfaunen, die von kosmopolitischen Faunenelementen dominiert werden. Zu verschiedenen Zeiten im Kambrium starben die kratonischen Faunen aus und wurden durch kosmopolitische Elemente der Tiefwasserfaunen ersetzt. Zwei kratonische Faunenprovinzen können im Unterkambrium unterschieden werden: Eine Olenelliden-Provinz (Nord- und Südamerika) und eine Redlichiiden-Provinz (China, Südostasien, Australien, Antarktis und mediterrane Region). Im Mittel- und Oberkambrium kann eine westeuropäische Provinz (mit Oleniden, Conocoryphiden und Paradoxiden) von einer nordamerikanischen Provinz (mit Oryctocephaliden und anderen Familien) unterschieden werden. Eine dritte Provinz in Südostasien und Australien ist charakterisiert durch Dameselliden. Die Archaeocyathiden können zwei Provinzen zugeordnet werden: die amerikanisch-koryakische Provinz (von Alaska bis Sonora) und eine Afro-Sibirisch-Antarktik-Provinz, die Westeuropa und Australien mit einschließt.

Wichtige Fossilfundpunkte oder Fossilarchive sind Chengjiang in der Yunnan Provinz (China) mit reichen unterkambrischen Faunen, der Burgess-Paß im Yoho National Park (Britisch Kolumbien, Kanada) mit den berühmten mittelkambrischen Faunen des Burgess Shale und das Oberkambrium von Västergötland (Schweden), wo die phosphatischen Orstenfossilien vorkommen. Weitere wichtige Fossilarchive finden sich im Unterkambrium von Grönland (Sirius Passet), in den kanadischen Northwest Territories (Mount Cap Formation) und in Südaustralien (Emu Bay Shale) sowie im mittleren Kambrium von Sibirien. [SP]

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