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Lexikon der Geowissenschaften: Ordovizium

Ordovizium, Ordoviz, das Ordovizium ist das zweitälteste System des Phanerozoikums nach Kambrium und vor Silur. Es begann vor ungefähr 505 Mio. Jahren und endete vor etwa 438 Millionen Jahren. Am gebräuchlichsten ist die Unterteilung des Ordoviziums in die drei Abteilungen unteres Ordovizium (510-478 Mio. Jahre), mittleres Ordovizium (478-458 Mio. Jahre) und oberes Ordovizium (458-438 Mio. Jahre), die jedoch bislang nicht formal gegliedert sind. Hinsichtlich der Kambrium/Ordovizium-Grenze wurde ein Horizont oder GSSP (Global Stratotype Section and Point) bei Green Point im Westen Neufundlands (Kanada) im Januar 2000 von der International Union of Geological Sciences ratifiziert. Die Grenze im Green Point Profil liegt bei 103,4 m und markiert das erste Erscheinen des Conodonten Iapetognathus sp. 1 (=I. fluctivagus). Dieser Level liegt 5,1 m unter dem ersten Erscheinen von planktischen Graptolithen. Weitere wichtige Profile, die den Beginn des Ordoviziums dokumentieren, sind das Dayangcha-Profil in Nordchina und das Lawson Cove-Profil in Utah (USA). Die Grenze zwischen dem Ordovizium und dem darüberliegenden Silur ist die Basis der Parakidograptus acuminatus-Biozone im Dob's Linn Profil in den Southern Uplands von Schottland.

Das Ordovizium wurde 1879 von Charles Lapworth eingeführt, der vorschlug, das obere Kambrium von A. Sedgwick, das sich mit dem unteren Silur von R.I. Murchison überlappte, einer separaten Einheit, dem Ordovizium, zuzuordnen. Damit wurde eine langandauernde Debatte zwischen Sedgwick und Murchison beendet. Der Name stammt von den Ordovicern, eine zu einem keltischen Stamm gehörende Gruppe, der in römischer Zeit im Typusgebiet, in der Arenig- und Bala-Region in Nordwales (Großbritannien), lebte. Nach den frühen stratigraphischen Arbeiten in Großbritannien wird das Ordovizium in sechs Stufen unterteilt, beginnend mit Tremadoc, gefolgt von Arenig, Llanvirn, Llandeilo, Caradoc und Ashgill.

Die Verteilung der Kontinente, Epikontinentalmeere und tiefen Ozeanbecken war im Ordovizium ganz anders als heute (geologische Zeitskala). Der größte der ordovizischen Kontinente war Gondwana, das sich prinzipiell aus dem heutigen Südamerika und Afrika zusammensetzte sowie aus Anteilen des mittleren Ostens, Indiens, Australiens, Europas und der Antarktis. Nordafrika mit Südeuropa lag am Südpol und blieb ein Teil Gondwanas. Der nördliche Teil des heutigen Mitteleuropa spaltete sich von Gondwana ab und wurde ein Mikro-Kontinent, umgeben vom Tornquist-Meer und der Paläotethys (Tethys). Im späten Ordovizium kollidierte der mitteleuropäische Mikro-Kontinent mit Baltica. Laurentia (Ur-Nordamerika) war von Baltica (Ur-Nordeuropa) und Gondwana durch das Kaledonische Meer (oder Iapetus) getrennt. Eine Subduktionszone entwickelte sich im mittleren Ordovizium am Ostrand von Laurentia, und der Iapetus Ozean begann sich zu schließen. Hierdurch kam es im Verlauf des Ordoviziums zu vulkanischer Aktivität und Gebirgsbildung. Im späten Silur vollzog sich die endgültige Schließung des Iapetus in Skandinavien, was zur Bildung der skandinavischen Kaledoniden führte. Im frühen Devon schloß sich das Restbecken des Iapetus in Nordamerika, wodurch die Faltengürtel der Appalachen entstanden. Die Landmassen Laurentia, Sibiria (Paläo-Asien oder Angara), Kasachstania, Nordchina sowie Teile von Gondwana (Australien und Antarktica) und Südost-Asien lagen im Ordovizium in tropischen Breiten, und Baltica driftete von höheren in niedrige Breiten, wodurch es auch hier zur Ablagerung von Carbonaten kam.

Das Ordovizium ist gekennzeichnet durch einen relativ hohen Meeresspiegel. Es existierten riesige Epikontinentalmeere, wodurch es zur Ausbildung von ausgedehnten Carbonatablagerungen auf den Kontinental-Plattformen kam, die in niedrigen Breiten lagen (z.B. Nordamerika, Grönland, Russische Plattform, Sibirien). Riffe wurden im unteren Ordovizium hauptsächlich von Cyanobakterien, vergesellschaftet mit Schwämmen und Problematica, konstruiert. Ab dem mittleren Ordovizium gewannen Korallen, Bryozoen und Stromatoporen als Riffbildner an Bedeutung. In den gemäßigteren Regionen (z.B. Australien) kamen gemischte carbonatisch/siliciklastische Sedimente zur Ablagerung und rein siliciklastische Sedimente wurden in höheren Breiten gebildet (z.B. Spanien, Frankreich). Charakteristische Lithologien im Ordovizium sind schwarze Graptolithenschiefer, Lederschiefer, Griffelschiefer (stengelig geschieferter Tonstein) und Phycodes-Schiefer (nach Phycodes circinatum, einem Ichnofossil). Eisenerz-Horizonte mit chamositischen Oolithen sind lokal von Bedeutung. Gegen Ende des Ordoviziums (im Ashgill) kam es zu einer ausgeprägten Regression, die vermutlich auf Vereisung der südlichen Polarkappen zurückzuführen ist. Sie dauerte zwischen 10-15 Millionen Jahre und führte zu einem Meeresspiegelabfall von mindestens 100 Metern. Spuren der Vergletscherung findet man in der afrikanischen Sahara und in Zentralafrika. Das Ende des Kambriums war gekennzeichnet durch das Massenaussterben vieler Trilobiten- und Nautiloideen-Gattungen. Das Ordovizium sah die adaptive Radiation vieler anderer Tiergruppen, und alle Tierstämme der nachfolgenden Zeitabschnitte waren gegen Ende des Ordoviziums vorhanden. Ab dem späten Ordovizium setzte sich die Fauna aus etwa 400 Familien zusammen, eine Anzahl, die bis ins späte Paläozoikum annähernd konstant blieb, und die in Kontrast zu den nur etwa 150 bekannten kambrischen Familien steht.

Die biostratigraphische Gliederung des Ordoviziums stützt sich hauptsächlich auf Graptolithen, Conodonten, articulate Brachiopoden und Trilobiten. In diesem Zeitabschnitt sind auch die Acritarchen besonders nützlich. Die Graptolithen erlauben eine Unterteilung des Systems in 17 Biozonen (lokal auch mehr), die für überregionale Korrelationen geeignet sind, da es sich um planktische Lebewesen handelte, die weit verbreitet waren. Graptolithen werden hauptsächlich in schwarzen Schiefern gefunden. Conodonten erlebten eine Blütezeit im Ordovizium und die Faunen sind hoch-divers. Mit Hilfe der Conodonten kann das Ordovizium in 13 Biozonen untergliedert werden (lokal auch mehr). Problematisch ist die starke Provinzialität der Faunen, die in tropische Flachwasser-Faunen (z.B. die sog. ›Midcontinent-Fauna‹ in Nordamerika) und Flachwasser-Faunen der gemäßigten Zonen unterteilt werden können (z.B. mediterrane Faunen der Türkei und der Montagne Noire in Frankreich). Diese unterscheiden sich zum Teil grundlegend von den Tief- oder Kaltwasser-Faunen der Nordatlantischen Provinz (z.B. in Skandinavien).

Gegen Ende des Ordoviziums (in der Hirnant-Unterstufe des Ashgill) setzte eines der größten Massensterben der Erdgeschichte ein, bei dem mindestens 22 Familien ausstarben (Massensterben und Massenaussterben). Besonders betroffen waren die Graptolithen, Trilobiten und Brachiopoden, gegen Ende des Hirnant auch die Conodonten, Acritarchen und Korallen. Verarmte Faunen, charakterisiert durch den Brachiopoden Hirnantia (sog. Hirnantia-Faunen), kennzeichnen diesen Zeitabschnitt.

Protisten mit Kalk- oder Silica-Skeletten scheinen im frühen Paläozoikum nur eine geringe Rolle gespielt zu haben. Aus dem Ordovizium sind vielfältige Radiolarien bekannt, die zu den Spumellina gehören, und die ersten primitiven Fusulinina (Foraminiferen) erschienen mit der Gattung Saccaminopsis. Ordovizische Schwammfaunen (Schwämme) sind charakterisiert durch dickwandige Demospongea. Die Kieselschwämme, vorallem die Lithistida, bildeten wichtige Faunenelemente, die u.a. auch an der Bildung von riffähnlichen Strukturen beteiligt waren. Stromatoporen sind eine ausgestorbene Gruppe von Invertebraten, die erstmals im mittleren Ordovizium mit der Gattung Pseudostylodictyon erschienen. Die meisten der mittel- und oberordovizischen Stromatoporen sind charakterisiert durch zystenähnliche Laminae. Von den Anthozoa erschienen die Octokorallen und die tabulaten Korallen (Lichenaria, Cryptolichenaria) bereits im unteren Ordovizium. Heliolitiden und rugose Korallen (Lambeophyllum, Favistella) sind ab dem mittleren Ordovizium vorhanden. Die Annelida haben nur ein geringes Potential, als Körperfossilien erhalten zu bleiben, jedoch entwickelten die polychaeten Würmer im Ordovizium harte Kieferwerkzeuge, sog. Scolecodonten, die häufig gemeinsam mit Conodonten in Säurerückständen gefunden werden. Ordovizische Brachiopodenfaunen sind viel diverser, als ihre kambrischen Vorläufer; dies gilt für inarticulate wie auch für articulate Formen. Die Orthiden stellen die dominierende Ordnung dar, ergänzt durch zahlreiche Strophomeniden (Plectambonites, Strophomena, Rafinesquina), die meist flache, stachellose Schalen besaßen, und Pentameriden (Porambonites, Syntrophia). Die Rhynchonelliden treten erstmals zahlreich auf. Weitere im Ordovizium erscheinende Gruppen erreichen ihre Blütezeit erst später. Eine große Vielfältigkeit erlangten die Bryozoen im Laufe des Ordoviziums und traten im mittleren Ordovizium sogar als Riffbildner auf (z.B. im nordöstlichen Nordamerika). Die Gastropoden gehörten zum Teil noch den bereits im Kambrium erschienenen Gruppen an (Bellerophontina, Macluritina), zum Teil den neu erschienenen Murchisoniina oder Trochina. Unter den Cephalopoden waren im Ordovizium die Unterklassen Endoceratoidea und Actinoceratoidea bedeutsam. Vertreter der Endoceratoidea stellen die größten paläozoischen Invertebraten dar und erreichten im mittleren Ordovizium eine Länge bis zu 10 m. Die fossile Vergangenheit der Echinodermata ist lang und alle heute lebenden Klassen entstanden bereits im Ordovizium. Das mittlere Ordovizium markiert einen Höhepunkt der Echinodermen-Diversität mit 17 Klassen. Die vagile Epifauna des Ordoviziums umfaßte die ersten Echiniden (Seeigel), die im Gegensatz zu den rezenten Vertretern noch kein starres Gehäuse hatten. Unter den sessilen Echinodermen wurden die Cystoidea (z.B. Echinoencrinites, Pleurocystites) besonders wichtig.

Die Trilobiten waren auch im Ordovizium eine wichtige Fossilgruppe, obwohl der Zeitabschnitt einen Niedergang der Diversität sah. Ordovizische Trilobitenfaunen wurden von polymeroiden Formen dominiert, deren Fähigkeit sich einzurollen besser ausgebildet war, als bei den kambrischen Formen. Besonders die im Riff lebenden Arten entwickelten ausgeprägte Bestachelung. Vier Trilobiten-Provinzen können im unteren Ordovizium unterschieden werden. Eine Nordamerikanische Provinz, die auch in Teilen von Nordwesteuropa, Sibirien und Nordostasien vorkommt. Die zweite Provinz ist begrenzter und kommt in der baltischen Region, im Uralgebirge und auf den arktischen Inseln vor. Eine dritte Provinz umfaßt England und die Mediterrane Region bis hin zur Türkei; und die vierte Provinz schließt Teile von Südamerika, Australien und Südasien ein. Im oberen Ordovizium reduziert sich die Zahl der Provinzen auf drei, möglicherweise als Resultat der Annäherung von Laurentia an das nördliche Eurasien. Auch im Ordovizium lebten die größten Ostracoden, die Leperditicopiden, die bis zu 3 cm lang wurden. Und als älteste Vertebraten erschienen die Agnathen im Ordovizium von Nordamerika.

Vertreter der Graptolithen bilden das Gerüst für die stratigraphische Gliederung des Ordoviziums, wo sie besonders in Tiefwasserablagerungen sehr häufig sind. Die Entwicklung der planktischen Graptoloidea verlief von den einzeiligen, vielästigen Anisograptiden (z.B. Clonograptus) des Tremadoc über die einzeiligen zwei- oder mehrästigen Dichograptiden (z.B. Dichograptus, Tetragraptus, Didymograptus) des Arenig und Llanvirn zu den zweizeiligen, einästigen Diplograptiden (z.B. Dicellograptus, Climacograptus) im späteren Ordovizium. Conodonten sind besonders vielfältig und zahlreich im Ordovizium. Obwohl bereits im Kambrium Conodonten mit ramiformen Elementen (=Zahnreihen-Conodonten) erschienen, ist das frühe Ordovizium (Tremadoc) charakterisiert durch Gattungen mit coniformen Elementen (=einfachen Zähnen, z.B. Paroistodus). Im Verlauf des unteren Ordoviziums entwickeln sich viele höherdifferenzierte Formen mit Zahnreihen (z.B. Prioniodus und Periodon), und im mittleren Ordovizium treten bereits die frühen Vorläufer der im Devon so wichtigen Plattform-Typen auf.

Es wird vermutet, daß Landpflanzen sich bereits im mittleren Ordovizium aus Algen entwickelten. Dafür sprechen Funde von Sporen, tracheidenähnlichen Röhren (Tracheiden sind charakteristische Merkmale der Gefäßpflanzen) und Zellhüllen, die in tropisch-terrestrischen Sedimenten ordovizischen Alters gefunden wurden.

Wichtige Fossilarchive des Ordoviziums findet man in Schweden (Oslo-Graben), im Baltikum (Öland, Estland), in Ohio, in Neufundland (Gros Morne National Park, Kanada) und auf Anticosti (Quebec, Kanada). [SP]

Literatur: [1] Cooper, R.A., Nowlan, G.S. & Williams, S.H. (2001): Global stratotype Section and Point for base of the Ordovician System. – Episodes, Vol. 24, no. 1, S. 19-28. [2] Harper, D.A.T. & Owen, A.W. (Eds.) (1996): Fossils of the Upper Ordovician. – Palaeontological Association Field Guides to Fossils No. 7. The Palaeontological Association. London. [3] Webby, B.D. (1998): Steps toward a global standard for Ordovician stratigraphy.- Newsl. Stratigr. 36, 1-33. [4] Webby, B.D. & Laurie, J.R. (1992): Global Perspectives on Ordovician Geology. – Proceedings of the sixth International Symposium on the Ordovician System, University of Sydney, Australia, 15-19 July 1991. Rotterdam.

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