Karbon
Die erdgeschichtliche Periode, die etwa vor 355 Millionen Jahren begann und vor 290 Millionen Jahren endete, ist durch reichhaltige Kohlevorkommen gekennzeichnet. Aus diesem Grund gab man ihr den Namen Karbon. Die Kohle wird heute dort abgebaut, wo sich zu Zeiten des Karbons Feuchtgebiete mit einer dichten Vegetation befanden. Besondere klimatische und geografische Gegebenheiten hatten die Ausbreitung der Pflanzen begünstigt, welche schon seit dem Silur damit begonnen hatten, das Festland zu erobern.
Auch unter den Tieren entwickelten sich im Karbon zunehmend Formen, die an das Leben auf dem Festland angepasst waren. Während die Amphibien den Übergang vom Wasser- zum Landleben in besonderer Weise dokumentieren, waren die ersten Reptilien schon ausgesprochene Landbewohner. Mit der Entwicklung von Flügeln bekamen die Insekten die Beweglichkeit und Unabhängigkeit, die sie bis heute zur erfolgreichsten Gruppe unter den Tieren werden ließ.
Die Entwicklung der Meerestiere im Karbon ist vor dem Hintergrund eines Massenaussterbens zum Ausklang des vorangegangenen Devons zu sehen. Danach folgte eine schnell verlaufende Evolution, die viele neuen Arten hervorbrachte.
Situation und Ereignisse im Karbon
Die heutigen Landmassen Afrika, Südamerika, Australien, Indien und Grönland hingen seit dem Proterozoikum (= Erdfrühzeit) zusammen und bildeten den Großkontinent Gondwana. Im Unter-Karbon befand sich Gondwana auf der Südhalbkugel der Erde und große Flächen seines südlichen Bereiches waren von Inlandgletschern bedeckt. Die übrige Landmasse bestand aus einzelnen Kontinenten, die sich vorwiegend in tropischen Breiten auf der Nordhalbkugel befanden.
Zu Beginn des Karbons erwärmte sich das Klima, worauf der Meeresspiegel anstieg und die Küstenregionen der Kontinente weiträumig überflutet wurden. Es bildeten sich Flachmeere, in denen unter Mitwirkung bestimmter Organismen in den tropischen Breiten mächtige Kalksteinschichten abgelagert wurden. In anderen Küstenregionen entstanden „Kohlesümpfe“, die mit den heutigen Everglades in Florida vergleichbar sind. Auch in den Senken randlich der Gebirgszüge befanden sich Sümpfe. Eine Meeresspiegelabsenkung, die durch eine Klimaverschlechterung hevorgerufen wurde, markiert die Grenze vom Unter-Karbon zum Ober-Karbon. Es kam zu einem Massenaussterben unter den tropischen Meeresbewohnern. Im Ober-Karbon rückten die Kontinentalmassen zusammen. Gondwana stieß mit dem heutigen Nordamerika und Teilen des heutigen Europas, dem Old-Red-Kontinent, zusammen. Dadurch entstanden neue Gebirgszüge, aber auch neue Ablagerungsräume und neue Sumpfgebiete. In den Sumpfgebieten wuchs eine dichte Vegetation, die durch eine kleine Anzahl an Pflanzengattungen, aber viele Arten gekennzeichnet war.
Im kalten Süden Gondwanas hatte sich eine spezielle Flora entwickelt, die nicht auf den Nordkontinenten vorkam. Die geografische Verbreitung dieser Flora lieferte einen wichtigen Beweis dafür, dass die heutigen Südkontinente einmal zusammenhingen.
Meerestiere
Dem Karbon war ein Massenaussterben im Ober-Devon vorausgegangen. Einige Gattungen unter den Trilobiten, Muscheln und Korallen waren stark zurückgegangen oder ganz ausgestorben. Besonders die riffbildenden Korallen waren betroffen. Korallen sind am Meeresboden festsitzende Organismen, die nur in sehr sauberem Wasser existieren können. Sie leben dicht an dicht in Kolonien und bilden kalkige Gerüste oder Bauten, die in ihrer Gesamtheit die Riffe aufbauen. Mit der Klimaverbesserung und dem Meerwasseranstieg im Unter-Karbon erholten sich Gruppen wie die Ammoniten (Weichtiere mit eingerolltem Kalkgehäuse) und die Brachiopoden (eigener Tierstamm, der große Ähnlichkeit mit den Muscheln hat). Unter den schwimmenden Organismen setzten sich die schnellen, beweglicheren Formen durch. Der wuchtige Panzerfisch der zuvor im Devon ein gefürchteter Räuber gewesen war und eine Länge von 10 m erreichen konnte, starb noch im Unter-Karbon aus. An seine Stelle traten die Haie, deren Entwicklungslinie bis zu den modernen Haien reicht. Die Strahlenflosser, zu denen auch die meisten rezenten (= heute lebenden) Fische gehören, machten eine gleichmäßige Entwicklung durch.
Seelilien und Moostiere bevölkerten die küstennahen Flachmeergründe und hinterließen mit ihren kalkigen Skelettbruchstücken mächtige Kalkschichten.
Die Klimaverschlechterung an der Grenze Unter-Karbon/Ober-Karbon betraf vor allem die Meeresbewohner der tropischen Flachmeere. Im Ober-Karbon machten unter anderem die Großforaminiferen eine erfolgreiche Entwicklung durch. Foraminiferen sind amöbenartige Einzeller mit gekammerten Kalkgehäusen.
Land- und Süßwassertiere
Mit den Küstenüberflutungen im Unterkarbon schafften einige Tiergruppen den Wechsel vom Salzwasser des Meeres zum Süßwasser des Festlandes. In den Sumpfregionen fanden vor allem Weichtiere wie Schnecken und Muscheln eine neue Heimat. Mit den Amphibien (= Lurche) hatten sich die ersten Wirbeltiere kurz vor Beginn des Karbons an Land getraut. Sie hatten, anders ausgedrückt, Merkmale entwickelt, die ihnen das Landleben ermöglichten. An Land fanden die Amphibien keine natürlichen Feinde aus anderen Tiergruppen vor, dafür aber große Lebensräume. So konnten sie sich gut entwickeln, wobei einige Arten bis zu 6 m lang wurden.
Erste richtige Landbewohner waren jedoch die Reptilien (= Kriechtiere), von denen sich die ersten Arten im Ober-Karbon aus den Amphibien entwickelten. Sie mussten sich zur Fortpflanzung nicht ins Wasser begeben und waren vor allem aus diesem Grund gut an das Landleben angepasst. Die ersten Reptilien waren nicht länger als 1 m, sie erlangten erst im anschließenden Perm eine größere Bedeutung. Ebenfalls im Ober-Karbon lebten die ersten Insekten mit Flügeln. Unter ihnen waren Libellen, eine Form, die sich bis heute kaum verändert hat.
Pflanzen auf dem Festland
Bis zum Beginn des Karbons gab es fast ausschließlich kleinwüchsige, sporentragende Pflanzen. Diese hatten sich seit dem Silur auf dem Festland ausgebreitet. Die Entwicklung der Samenpflanzen hatte erst im Ober-Devon begonnen und setzte sich im Unter-Karbon fort.
Auf dem kühlen Gondwanakontinent hatte sich im Unter-Karbon eine spezielle Flora, die Glossopterisflora, entwickelt. Fossilien dieser baumartigen Samenfarne wurden auf allen heutigen Südkontinenten gefunden. Man schloss daraus, dass die Südkontinente einst zu einer zusammenhängenden Landmasse, nämlich Gondwana, vereint waren. Ein starkes Pflanzenwachstum fand ebenfalls auf den Kontinentalmassen der nördlichen Erdhalbkugel statt. In den durch den Meeresspiegelanstieg entstandenen Sumpfregionen wuchsen Sporenpflanzen (z. B. Farnpflanzen). Doch erst im Ober-Karbon wurde die große pflanzliche Biomasse produziert, die in den Sumpfgebieten zur Bildung z. T. mächtiger Kohleschichten führte. In den tropischen „Kohlesümpfen“ herrschten die zu den Bärlappgewächsen zählenden Sporenpflanzen Sigillaria (Siegelbäume) und Lepidodendron (Schuppenbäume) vor. Unter der Gattung Lepidodendron gab es Arten, die bis 30 m hoch wuchsen.
Auch die höher gelegenen und trockenen Gebiete waren im Ober-Karbon von Samenfarnen und Sporenpflanzen besiedelt. Hier entwickelten sich zudem die Schachtelhalmgewächse und die Vorläufer der heutigen Nadelbäume, Bäume, die bis zu 30 m hoch wuchsen und dichte Wälder bildeten.
Bildung von Kohleflözen
Der Großteil der Kohle, die heute als Brennstoff abgebaut wird, stammt aus dem Ober-Karbon. Auch die Kohle aus dem Ruhrgebiet ist karbonischen Ursprungs. Sie liegt tief unter der Erdoberfläche und ist von jüngeren Gesteinsschichten bedeckt. Dagegen stammt die Kohle in der Lausitz und im Südraum von Leipzig aus einer anderen warmen Periode der Erdgeschichte, dem Tertiär. Den Vorgang der Kohlebildung nennt man Inkohlung. Sein vollständiger Ablauf führt dazu, dass von pflanzlicher, manchmal auch tierischer Ausgangssubstanz nur noch der Kohlenstoff übrigbleibt.
Die Voraussetzungen für die Bildung von Kohleschichten, die man Flöze nennt, sind in Sumpfgebieten gegeben. Dort wachsen über den Resten abgestorbener Pflanzen ständig neue Pflanzen nach. Die Pflanzenreste geraten in dem Sumpfwasser unter Sauerstoffabschluss und werden durch Bakterien und Pilze in Torf umgewandelt. Dabei wird der Pflanzenstoff Cellulose abgebaut; es entsteht das Sumpfgas Methan. In einem nächsten Stadium werden die Torfreste durch auflagernde Schichten zusammengepresst und entwässert. Erst dann beginnt die eigentliche Inkohlung. Die flüchtigen (= bewegliche gasförmige oder flüssige) Verbindungen entweichen, sodass der Kohlenstoffgehalt gegenüber dem Gehalt an flüchtigen Verbindungen zunimmt. Auf diese Weise entsteht langsam eine Braunkohleschicht. Nehmen Druck und Temperatur weiter zu, dann wird aus der Braunkohle Steinkohle.
Ein 1 m mächtiges Braunkohleflöz entsteht aus einer mehrere Meter mächtigen Schicht aus Pflanzenresten. Eine Vorstellung von der riesigen pflanzlichen Biomasse in den Kohlesümpfen des Karbons gibt das abschließende Beispiel: Die größte Flözmächtigkeit im Ruhrgebiet beträgt 28 m.
