Details

Kategorie: Fossilien aus der Trias

Veröffentlicht: Dienstag, 16. April 2024 15:25

Geschrieben von Wolfgang Wiesenmüller

Zugriffe: 6043

Franken ist nicht nur bekannt für spektakuläre jurazeitliche Funde aus der Fränkischen Schweiz, sondern auch für deutlich ältere Fossilien. So lassen sich auf Äckern in den Landkreisen Roth und Erlangen-Höchstadt gut erhaltene, verkieselte Hölzer finden. Auf den ersten Blick erscheinen diese Stücke meist unspektakulär. Unter einem Auflichtmikroskop offenbaren sie dann aber oftmals noch verblüffende Details. Diese können nicht nur ästhetisch sehr ansprechend sein, sondern ermöglichen auch faszinierende Einblicke in die komplexe Entstehungsgeschichte dieser Hölzer.

Abb. 1: Holzspäne mit perfekt erhaltener Zellstruktur. Während ihrer Verkieselung wurden sie durch manganhaltige Mineralien schwarz eingefärbt. In den Zwischenräumen haben sich anschließend Achate gebildet. Aufgrund fehlender färbender Mineralien blieben diese weiß und bieten so einen schönen Kontrast zum schwarzen Holzgewebe. Breite des Bildausschnitts etwa 10 mm. Dieses Bild stammt - wie auch alle anderen Bilder dieses Artikels - vom Verfasser.

Doch zunächst erst einmal zur Einordnung der Funde und ihrer Geschichte.

Woher stammen die fränkischen Kieselhölzer?

Viele fränkische Kieselhölzer stammen aus dem Keuper und sind damit über 200 Millionen Jahre alt. Während des Keupers gab es nur einen zusammenhängenden Superkontinent, Pangäa genannt. Auf diesem Kontinent lag Franken am Rand einer riesigen, abflusslosen Binnensenke, und zwar in etwa dort, wo sich heute die nördliche Sahara befindet. Die Gegend hier muss man sich wohl als eine wüstenartige Region mit großflächigen Deltalandschaften vorstellen, durchzogen von unregelmäßig fließenden Strömen, die ihren Lauf oftmals verlagerten. Man vermutet, dass ein Großteil der hier in Franken gefundenen Kieselhölzer von Bäumen stammt, die viele Kilometer entfernt auf höher gelegenem Land (dem sog. Vindelizischen Massiv) im Südosten wuchsen. Dieses Grundgebirge unterlag einer starken Erosion. Von dort sollen die Stämme dann - zusammen mit den bei uns typischen Keupersanden und -geröllen - während monsunartiger Starkregenphasen bis zu uns gespült worden sein. Dabei haben sie üblicherweise ihre Rinde und sämtliche Äste verloren. Anschließend wurden sie hier eingebettet und verkieselten.
In den Kieselholz führenden Ablagerungen sind jedoch nicht nur Keuperhölzer zu finden. Bei Untersuchungen an Kieselhölzern aus dem Erlangener Raum fand D. Rumpel 1979 heraus, dass man zwei Gruppen von Hölzern unterscheiden kann. Hölzer mit überwiegend beige-grauer, gelb-grauer, brauner oder weißer Farbe stammen wohl tatsächlich aus dem Keuper.

Abb. 2: Typisches fränkisches Keuperholz mit Astansatz. Wie üblich sind auch bei diesem Stück keinerlei Reste der Rinde erhalten. Länge 15 cm.

Hingegen dürften Hölzer mit überwiegend schwarzer Farbe aus dem oberen Perm stammen und damit über 250 Millionen Jahre alt sein. Man nimmt an, dass diese Stücke erst nach ihrer Verkieselung durch Erosionsprozesse während der Keuperzeit zusammen mit den frischen Keuperhölzern nach Franken gelangten. Für diese These spricht, dass die schwarzen Hölzer immer stark abgerollt und im Durchschnitt kleinstückiger als die Keuperhölzer sind. Oft sind sie von hellen Punkten oder Streifen durchzogen, vereinzelt zeigen sie auch andersfarbige Bereiche. An ihrer äußeren Form sind sie meist nicht mehr als Holz zu erkennen.

Abb. 3: Typisches fränkisches Permholz, kleinstückig und stark abgerollt. Die Grundfarbe ist schwarz. Neben wenigen rotgefärbten Bereichen sind weiße Strukturen erkennbar, die auf Reste von Holzgewebe schließen lassen. Länge 5 cm.

Nach meinen Beobachtungen lassen sich die Ergebnisse von D. Rumpel auch auf die Kieselhölzer aus dem Landkreis Roth übertragen. An einem Fundort finden sich in der Regel immer Hölzer beider Gruppen, deren Verhältnis zueinander allerdings von Ort zu Ort stark variieren kann.

Während des Tertiärs und Quartärs wurden die fränkischen Kieselhölzer dann durch den Urmain und seine Nebenflüsse mehrfach umgelagert und zeigen oft einen deutlichen Wasserschliff. Dieser ist darauf zurückzuführen, dass kleine Gesteinspartikel und Sand auf die im Flussbett liegenden verkieselten Hölzer einwirkten, ihre Kanten verrundeten und die Oberflächen glätteten.

Abb. 4: Helles Keuperholz mit wellenartigem Wasserschliff, bedingt durch Schichten wechselnder Härte. Dies lässt auf periodische Änderungen in der Wasserversorgung am Wuchsort der Bäume schließen. Länge 7 cm.

Selten findet man verkieselte Hölzer auch in Form sogenannter Windkanter. Diese zeigen dann deutlich sichtbare Kanten und polierte Oberflächen. Sie entstanden durch stetiges Reiben feiner Partikel, die vom Wind in einer Vorzugsrichtung über die freiliegenden Oberflächen geblasen wurden. Ist starker Wind und genügend Schleifmittel vorhanden, so können Windkanter binnen weniger Jahrhunderte entstehen, wie es heute noch in der Sahara der Fall ist. Hat sich mehr als eine Kante ausgebildet, wurde das Stück entweder von Winden aus unterschiedlichen Vorzugsrichtungen beschliffen, oder es hat im Laufe der Zeit mindestens einmal seine Lage verändert. Letzteres kann durch Bodenfließen (Solifluktion) erfolgt sein. Darunter versteht man eine langsame, hangabwärts gerichtete Bewegung wassergesättigter Böden, die durch abwechselndes Einfrieren und Wiederauftauen verursacht werden kann. Die Windkanter hier in Franken entstanden vermutlich erst nach einer der letzten Eiszeiten. Das dafür notwendige Schleifmittel wurde nach dem Abtauen der Gletscher in Form feiner Gesteinspartikel aus den trockengefallenen Schotterterrassen ausgeweht. Aufgrund der damals fehlenden Vegetationsdecke konnte es anschließend ungehindert über weite Strecken transportiert werden. Die Reste dieses Schleifmittels finden sich noch heute als fruchtbare Lössböden an den Rändern unserer Mittelgebirge.

Abb. 5: Keuperholz in Form eines Windkanters. Auf der vom Wind polierten Deckfläche sind unregelmäßig verteilte Stiftästchen zu sehen. Länge 23 cm.

Die fränkischen Kieselhölzer haben somit eine im wahrsten Sinne des Wortes bewegte Geschichte hinter sich. Zu finden sind sie in Schottern, die überwiegend aus Sandsteinen, Eisenoxid- bzw. Eisenoxidhydratkrusten sowie hellen, dunklen oder rötlich gefärbten Quarzgeröllen bestehen. Mit etwas Glück lassen sich auch gebänderte Quarze und achatähnliche Stücke entdecken.

Abb. 6: Geschnittenes und poliertes Quarzgeröll. Roter Jaspis, gebänderter Quarz und achatähnliche Strukturen sind hier in einem Stück vereint. Abmessungen 3,5 x 4,5 cm.

Um was für Bäume handelt es sich?

Der überwiegende Anteil der in Franken gefundenen Kieselhölzer wird üblicherweise in die „Formgattung“ Dadoxylon gestellt. Letztendlich sind es Nadelbäume (Koniferen). Stücke aus dem Keuper weisen oftmals Stiftäste auf. Als Stiftäste bezeichnet man das Kernholz von Ästen, das von der Oberfläche aus radial in den Stamm hineinführt. Bei einem Spaziergang durch unsere Wälder kann man hin und wieder Baumstämme entdecken, bei denen die etwas härteren Stiftäste durch Zersetzung der umgebenden Holzsubstanz freigelegt worden sind. Dadurch ermöglichen sie einen Blick auf die normalerweise nicht sichtbare innere Struktur derartiger Stämme, die sich seit dem Keuper nicht wesentlich verändert hat.

Abb. 7: Verrotteter Baumstumpf eines alten Nadelbaums. Das Innere ist zerfallen und gibt so den Blick auf die ehemals vom Holz des Stammes umschlossenen Stiftäste frei, die nun von außen in den entstandenen Hohlraum hineinragen.

Abb. 8: Dieser hohle Fichtenstamm zeigt im Querschnitt radial auf einer Ebene angeordnete Stiftäste, die alle bis in das ehemalige Zentrum des Stammes reichen. Der Stiftast links unten lässt sich bis zur Stammaußenseite verfolgen, wo er als Astansatz endet.

Bei den fränkischen Keuperhölzern können die Stiftäste waagrecht, spiralförmig oder auch vollkommen unregelmäßig angeordnet sein. Dies spricht für wenigstens drei Gruppen unterschiedlicher Baumarten oder -gattungen innerhalb der „Formgattung“ Dadoxylon.

Abb. 9: Keuperholz mit in waagrechten Reihen angeordneten Stiftästen. Länge 6,5 cm.

Viel seltener sind in Franken Funde von Cordaiten (Vorfahren der Nadelbäume), Baumfarnen oder baumartigen Schachtelhalmen. Vereinzelt wurden auch schon Stücke gefunden, die große Ähnlichkeit mit Palmhölzern aufweisen. Derartige Stücke dürften überwiegend aus dem Perm stammen.

Wie verkieselten die Hölzer?
Nach dem meines Wissens aktuellen Kenntnisstand entstanden Kieselhölzer dadurch, dass Kieselsäure (SiO2) in wässriger Lösung in das unter Sedimenten begrabene Holz eindrang, sich dort dann als kristalliner Quarz abschied und so letztendlich die Holzsubstanz ersetzte. Da verkieselte Hölzer kaum verdrückt und die Strukturen oftmals perfekt nachgebildet sind, ist anzunehmen, dass die Verkieselung sehr rasch nach Einbettung bei nur geringer Sedimentüberdeckung erfolgte.
Die dafür notwendige Kieselsäure wurde durch die im umgebenden Sand und Schlamm enthaltenen Silikate bereitgestellt. Durch Verwitterung der Silikate gelangte die Kieselsäure ins Grundwasser bzw. in die aufsteigenden Kapillarwässer. Das frisch eingebettete Holz war zunächst noch ein weitgehend intakter, saugfähiger Körper mit einer - aufgrund des zellulären Aufbaus - riesigen inneren Oberfläche, übersät mit zahllosen Kristallisationskeimen. Die ins Holz gesogene Kieselsäure kristallisierte an dieser aktiven Oberfläche aus und verfüllte - solange die Holzsubstanz noch weitgehend intakt war - zunächst nur die im Holz bereits vorhandenen kleinsten Hohlräume, insbesondere die Leitbündel (Tracheiden). Unter optimalen Bedingungen entstand dadurch ein Holznegativ. Wenn die Holzsubstanz dann anschließend nach und nach durch Fäulnis verging, konnte die Kieselsäure auch in die jeweils freigewordenen Hohlräume eindringen und dort ebenfalls auskristallisieren. Auf diese Art konnten selbst feinste Details des ehemaligen Holzgewebes überliefert werden. Da dem umgebenden Sediment die große aktive Oberfläche fehlte, wurde es nicht mit verkieselt.
Diesen Prozess der Überlieferung muss man sich als eine Art Wettlauf zwischen Verkieselung und Zersetzung vorstellen. Zersetzte sich das Holz schneller als es verkieseln konnte, wurde der Zwischenschritt mit Bildung eines Holznegativs übersprungen. Es entstand ein derber Quarzkörper, der den zurückgebliebenen Hohlraum vollständig ausfüllte. Bei derartigen Stücken ist dann nur noch an der äußeren Form zu erkennen, dass es sich um verkieseltes Holz handelt.

Was gibt es unter dem Mikroskop zu entdecken?

Die nachfolgend vorgestellten Bilder wurden mit einem einfachen USB-Mikroskop (hier wurde das Andonstar ADSM302 verwendet) mit integrierter Digitalkamera aufgenommen. Geeignete Mikroskope sind schon für wenige Hundert Euro erhältlich.

Abb. 10: Das für die Aufnahmen verwendete Auflichtmikroskop.

Im Unterschied zu geschnittenen und polierten Stücken haben natürliche Oberflächen den Vorteil, gute Einblicke auch in dreidimensionale Strukturen zu ermöglichen. Im Streiflicht kommen diese meist besonders gut zur Geltung. Dafür muss man dann allerdings in Kauf nehmen, dass nicht immer die gesamte Fläche scharf abbildbar ist. Zum Mikroskopieren besonders gut geeignet sind kleinere Stücke. Zum einen weisen sie eine im Vergleich zum Volumen große Oberfläche auf, zum anderen passen sie gut unter das Mikroskop.
Sämtliche Aufnahmen zeigen Nadelhölzer. Im Gegensatz zu den sich erst später entwickelnden Laubbäumen weisen Nadelbäume einen anatomisch sehr einfachen Zellaufbau auf. Durch Zersetzungsprozesse noch vor der Einbettung und Umwandlungsprozesse im Zuge der Verkieselung finden sich dennoch sehr unterschiedliche Strukturen. Die folgenden Bilder zeigen jeweils Ausschnitte in einem Bereich von wenigen Millimetern bis zu gut einem Zentimeter. Bei noch stärkerer Vergrößerung werden die Bilder leider unscharf. Der Durchmesser der abgebildeten Holzzellen beträgt im Mittel etwa 0,05 mm.

Verkieseltes Holzgewebe:
Das Gewebe der Nadelbäume besteht überwiegend aus abgestorbenen Tracheiden. Tracheiden sind in Richtung der Längsachse verlaufende, verholzte, langgestreckte Zellen. Im Radialschnitt erscheinen sie als dicht gepackte, stabförmige Strukturen, während im Axialschnitt ihre regelmäßigen Zellquerschnitte zu sehen sind. Als Leitbündel sind sie für den Wasser- und Nährstofftransport von den Wurzeln bis in die Baumkrone zuständig. Des Weiteren verleihen sie dem Baum die nötige Stabilität.
Für die radiale Verteilung von Wasser und Nährstoffen sorgen Holzstrahlen. Holzstrahlen sind aus lebenden Zellen aufgebaute Bänder, die den toten Holzkörper von innen nach außen durchziehen. Teilweise enthalten sie auch Harzgänge in Form langgestreckter, röhrenartiger Kanäle, die mit Harz ausscheidenden Zellen ausgekleidet sind. Im Radialschnitt zeigen sich Holzstrahlen als Bündel stabförmiger Strukturen, die senkrecht zu den Tracheiden angeordnet sind. Im Axialschnitt erscheinen sie hingegen als längliche Strukturen, welche die Flächen aus einförmigen Tracheiden-Querschnitten durchziehen.

Abb. 11: Schichtweise angeordnete Tracheiden im Axialschnitt.

Abb. 12: Tracheiden im Axialschnitt. Quer dazu verlaufend sind die Reste einiger Holzstrahlen zu erkennen.

Abb. 13: Tracheiden im Radialschnitt. Im Zellverband zeigen sie regelmäßige Querschnitte.

Abb. 14: Tracheiden im Radialschnitt. Senkrecht verlaufend sind dazwischen eine Vielzahl von Holzstrahlen zu sehen, die zwischen ein bis drei Zelllagen dick sind. In einem waagrecht durch das Bild verlaufenden Riss hat sich ein kleines weißes Achatband gebildet. An der Grenze zu diesem Achatband sind die Holzzellen stärker angegriffen (zu erkennen an den übrig gebliebenen, ringförmigen Sekundärwänden einzelner Tracheiden).

Abb. 15: Tracheiden im Radialschnitt. Die beiden Flächen links unten und rechts oben sind höhenmäßig leicht versetzt. Dadurch zeigt das böschungsartige, schräg durch das Bild verlaufende helle Band Tracheiden im Längsschnitt, während auf den beiden dunkleren Flächen deren regelmäßige Zellquerschnitte zu sehen sind.

Abb. 16: Schichten aus schräg angeschnittenen Tracheiden. Im Schräganschnitt ist die röhrenartige Struktur dieser langgestreckten Holzzellen besonders gut zu erkennen.

Die Färbung:
Farben im verkieselten Holz haben nichts mit der ehemaligen Holzfarbe zu tun, sondern entstanden durch die Einlagerung von Mineralien während der Verkieselung. Beige, gelbliche, braune und rote Farbtöne sind auf Eisen in unterschiedlichen Oxidationsstufen zurückzuführen, Mangan färbte die Kieselhölzer schwarz, und bei weißen Kieselhölzern fehlten die färbenden Mineralien. Gefleckte Oberflächen entwickelten sich erst im Laufe der Verkieselung und haben nichts mit der ehemaligen Holzstruktur zu tun. Auf den Oberflächen mancher Stücke finden sich auch sekundäre Mineralausfällungen.

Abb. 17: Schichten aus gut erhaltenen Tracheiden im Axialschnitt, in der linken Bildhälfte durch eisenhaltige Mineralien rotbraun eingefärbt.

Abb. 18: Tracheiden im Radialschnitt, oben honiggelb und unten schwarz eingefärbt.

Abb. 19: Auf den ersten Blick scheinen hier zwei unterschiedliche Arten von Holz abgebildet zu sein, einmal mit regelmäßigen Flecken (links) und einmal mit einfacher Längsstreifung (rechts). Da es sich aber um dasselbe Stück Holz handelt, ist das ein Hinweis darauf, dass sich die fleckige Färbung der Oberfläche in der linken Bildhälfte erst im Laufe der Verkieselung entwickelt hat.

Abb. 20: Mangandendrit auf Kieselholz. Das verästelte Aggregat entstand durch die Ablagerungen von im Sickerwasser gelösten, manganhaltigen Mineralien auf der Kieselholzoberfläche. Der Durchmesser des Dendriten beträgt 5 mm.

Holzgewebe in Auflösung:

Viele Kieselhölzer zeigen Holzgewebe in unterschiedlichen Stadien der Auflösung. Damit sind sie zu Stein gewordene Momentaufnahmen der komplexen Zersetzungsprozesse, denen die Hölzer bis zu ihrer Verkieselung unterworfen waren.

Abb. 21: Holzgewebe in Auflösung. Im Bereich der gefältelten Strukturen sind kaum noch einzelne Holzzellen unterscheidbar. Dort, wo die Zellen schon vollständig vergangen waren, hat sich dunkler, derber Quarz ausgebildet.

Abb. 22: Holzgewebe in Auflösung. Am Übergang zum Bereich mit derbem Quarz wirken die Holzzellen der verbliebenen Zellhaufen wie aufgequollen.

Abb. 23: Reste von Holzstrahlen / Harzgängen im Bereich mit dunklem Quarz zeigen, dass diese der Zersetzung etwas besser widerstehen konnten als die Tracheiden.

Abb. 24: Vermutlich durch Pilzfraß stark angegriffenes Gewebe. Die Pilze haben die weniger widerstandsfähigen Bestandteile der Zellen zersetzt, so dass sich der Zellverband insbesondere in den Bereichen mit dunkler Matrix in einzelne Zellen auflöste, die nicht mehr miteinander in Verbindung stehen. Übrig blieben dann oft nur die besonders harten Sekundärwände der Zellen, zu erkennen als ringförmige Strukturen.

Abb. 25: Hier haben sich bei der Zersetzung noch einzelne, voneinander getrennte Reihen von Tracheiden erhalten.

Abb. 26: Ein trotz fortgeschrittener Holzzersetzung noch erhaltenes Band aus honiggelben Holzzellen, umgeben von dunklem Quarz.

Abb. 27: Im Zuge einer weit fortgeschrittenen Holzzersetzung haben sich in der unteren Hälfte des Bildes nur noch vereinzelte Inseln aus Zellgewebe erhalten.

Hohlraumfüllungen:
Durch Zersetzung und Fäulnis entstanden oftmals Hohlräume und Risse im Holz. Im Verlauf der Verkieselung verfüllten sich diese meist komplett mit mikrokristallinem Quarz. Daneben findet man auch Abscheidungen von Chalcedon, einer faserigen Form kryptokristallinen Quarzes. Wuchsen Chalcedonfasern - ausgehend von einem Kristallisationskeim - radialstrahlig nach außen und bildeten so kugelige, zum Teil mehrschichtige Aggregate, spricht man von sogenannten Sphärolithen.
Alternativ konnten sich in den Hohlräumen auch kleine Quarzkristallrasen ausbilden, vergleichbar den Kristallen, die sich in alpinen Klüften gebildet haben. Ist bei einem Kieselholzfund eine Außenseite mit Kristallen bedeckt, so ist das ein Hinweis darauf, dass dieses Stück Kieselholz ursprünglich einmal größer gewesen sein muss. Nachdem es wieder an die Oberfläche gelangt war, wurde es durch Frostsprengung oder landwirtschaftliche Geräte entlang der durch den Hohlraum geschwächten Struktur zerlegt. Die mit Kristallen bewachsene ehemalige Hohlrauminnenseite ist dadurch dann zur neuen Holzaußenseite geworden.
Vergleichsweise selten haben sich in den Rissen und Hohlräumen fränkischer Kieselhölzer auch Achate entwickelt, die meist bräunliche oder rötliche Farbtöne zeigen. Waren keine färbenden Mineralien vorhanden, blieben die Achate farblos.

Abb. 28: In Stücke zerbrochenes, noch sehr gut erhaltenes Holzgewebe, dessen Zwischenräume sich vollständig mit mikrokristallinem Quarz gefüllt haben.

Abb. 29: Hier haben sich bei der Holzzersetzung noch einzelne, aufgefaserte Bündel von Holzzellen strukturell erhalten, eingebettet in mikrokristallinem Quarz.

Abb. 30: Beim Aufreißen des Holzgewebes haben sich einige einlagige Schichten mit noch zusammenhängenden Tracheiden vom restlichen Zellverband gelöst. Anschließend füllten sich die Risse mit weißem Quarz, der die gelösten Zellschichten in ihrer Lage fixierte.

Abb. 31: Kieselholz sekundär überkrustet von einer dünnen Schicht partiell sphärolithisch ausgebildeten Chalcedons. Rechts im Bild ein senkrecht verlaufender Riss, vollständig mit mikrokristallinem Quarz verfüllt.

Abb. 32: Auf dem Kieselholz hat sich eine dünne Schicht sphärolithischen Chalcedons abgeschieden. Die kugeligen Aggregate sind zum Teil mehrschichtig ausgebildet.

Abb. 33: In einem Hohlraum im Kieselholz hat sich eine kleine Druse mit wasserklaren Bergkristallen gebildet. In der rechten Bildhälfte ist die zelluläre Struktur des Kieselholzes noch gut zu erkennen.

Abb. 34: Auf einem Rasen aus kleinen Rauchquarzkristallen hat sich in zweiter Generation honiggelber, sphärolithischer Chalcedon abgeschieden. Die Quarzkristalle wiederum bedecken die Wand eines Hohlraums in einem Kieselholz, welches auf diesem Bild allerdings nicht zu erkennen ist.

Abb. 35: An den Wänden eines Kieselholzhohlraums hat sich zunächst eine dünne Schicht aus braun-weiß gebändertem Achat abgeschieden. Anscheinend haben sich dann die Umgebungsbedingungen geändert, denn der restliche Hohlraum füllte sich anschließend mit mikrokristallinem Quarz.

Abb. 36: Nach der Einbettung haben sich in diesem Holz viele kleine Risse gebildet. Während sich dünne Risse anschließend mit weißem Quarz gefüllt haben, konnten sich in den breiteren Rissen kleine Achate ausbilden, die eine schöne rote Farbe zeigen.

Abb. 37: Auf dieser Kieselholzoberfläche haben sich kleine, bräunliche Achate gebildet. Links im Bild ist noch ein Teil eines Stiftastes zu sehen.

Stiftäste:
Während die Äste der Bäume auf dem Transport nach Franken verloren gingen, finden sich Stiftäste bei fränkischen Kieselhölzern häufig. Dabei handelt es sich um die radial in den Stamm hineinführenden Fortsetzungen der Äste.

Abb. 38: Das quer geschnittene Kernholz des Stiftästchens hebt sich deutlich vom umgebenden Holzgewebe ab. Die radialsymmetrisch angeordneten Leitbündel sind gut zu erkennen. Die Abmessungen dieses Stiftästchens betragen nur 2,1 x 1,3 mm.

Abb. 39: Durch Verwitterungsprozesse wurde dieses im Längsschnitt zu sehende Stiftästchen teilweise freigelegt. Parallel dazu verlaufend sind einige Holzstrahlen zu erkennen.

Ichnofossilien in Kieselhölzern

Unter Ichnofossilien versteht man Lebensspuren, die sich fossil erhalten haben. In Kieselhölzern sind das vor allem Bohr- und Fraßspuren, die von Insekten und deren Larven, aber auch von Milben verursacht worden sein können. Funde derartiger Ichnofossilien sind - zumindest hier im fränkischen Raum - sehr selten und nicht immer zweifelsfrei anzusprechen.

Abb. 40: Bei den mit dunklem Quarz gefüllten, kreisförmigen Strukturen könnte es sich um ehemalige Fraßgänge handeln, die im Querschnitt zu sehen sind. Ihr Durchmesser beträgt jeweils etwa 0,5 mm. Für eine Interpretation als Fraßgänge spricht aus meiner Sicht, dass alle kreisförmigen Strukturen einen ähnlichen Durchmesser aufweisen. Zudem sind sie nicht gleichmäßig über die Holzoberfläche verteilt, sondern finden sich auf Ober- und Unterseite des Stücks gegenüberliegend jeweils nur in einem eng begrenzten Areal.

Strukturen unklarer Zuordnung
In und an Kieselhölzern sind hin und wieder auch Strukturen zu finden, die ungewöhnliche Formen aufweisen und sich daher einer eindeutigen Ansprache entziehen. Mögliche Deutungen für derartige Strukturen sind beispielsweise:

• Regeneriertes Holzgewebe nach mechanischer Beschädigung:
  Nach einer mechanischen Beschädigung vernarbt die Wunde im Holz bzw. wird durch Neugewebe überwallt.

• Baumkrebs:
  Über kleine Rindenwunden können die Erreger von sogenanntem Baumkrebs (Bakterien bzw. Pilze) in das Holz eindringen und es schädigen. Reagiert der befallene Baum mit übermäßiger Bildung von Wundgewebe, hat dies krebsartige Gewebewucherungen zur Folge

• Holzzersetzung:
  Bei der Zersetzung abgestorbener Bäume spielen Pilze eine wichtige Rolle. Dabei kommt es hin und wieder zu ungewöhnlichen Schadbildern.

• Pilzgewebe:
  Unter optimalen Bedingungen können sich bei Kieselhölzern auch Reste von Pilzmyzel oder sogar Pilzfruchtkörper erhalten haben.

• Anorganische Strukturen:
  Die Verkieselung war ein sehr komplexer mineralogischer Prozess. Dabei konnten auch rein anorganische Strukturen entstehen, deren Formen an organische Überreste erinnern. In diesen Fällen ist die Gefahr einer Fehlinterpretation groß.

Abb. 41: Auf diesem Bild sind drei voneinander abgegrenzte, asymmetrische Strukturen zu erkennen, die aus einem weißen Gewebestrang zu entspringen scheinen. Im oberen Bereich ist ihr Äußeres jeweils von einer Schicht aus dunklem Quarz begrenzt. Im Inneren der Strukturen ist grobporiges Gewebe erkennbar. Aufgrund fehlender Vergleichsstücke fällt die Deutung schwer. Aus meiner Sicht könnte es sich um Fruchtkörper eines Pilzes handeln. Aber auch eine Deutung als stark angegriffene Reste nah beieinander liegender Stiftästchen oder Gewebewucherungen wäre vorstellbar. Breite des Bildausschnitts 12 mm.

Als Sammler sollte man sich immer bewusst sein, dass man auf Feldern Grundstücke betritt, die jemandem gehören, der damit seinen Lebensunterhalt verdient. Daher ist es natürlich selbstverständlich, dass Felder nur nach dem Abernten in der vegetationslosen Zeit begangen werden. Sobald sie wieder bestellt sind, sind sie für Sammler tabu. Nur so werden wir erreichen können, dass das Sammeln von den Landwirten auch in Zukunft wohlwollend geduldet wird.

Literatur zum Thema

[1] Daniels, F. J. & Dayvault, D. (2006): Ancient forests: A closer look at fossil wood. Western Colorado Publishing Company, Grand Junction.

[2] Rumpel, D. (1979): Zur Herkunft der Kieselhölzer im fränkischen Raum. Geol. Bl. NO-Bayern, 29: 205-223, Erlangen.

[3] Schüssler, H & Simon, T (2007): Aus Holz wird Stein, Kieselhölzer aus dem Keuper Frankens. Eppe, Bergatreute / Aulendorf.

[4] Vor- und Frühgeschichtliches Museum Thalmässing, Landkreis Roth (4/2005): Versteinertes Holz und Mineralien aus dem Landkreis Roth. Karl Müller, Roth.

Nachtrag vom 16. April 2024: Wissensstand zum Thema „Radioaktivität fränkischer Kieselhölzer“

Im Steinkern.de Forum kam unmittelbar nach Publikation des Beitrags "Verborgene Schönheit fränkischer Kieselhölzer" der Wunsch auf, mehr darüber zu erfahren, inwieweit die Hölzer radioaktiv sind. Daraufhin habe ich den aktuellen Wissensstand zum Thema „Radioaktivität fränkischer Kieselhölzer“ recherchiert und nachfolgend nach bestem Wissen und Gewissen zusammengefasst. Als Laie musste ich mich dafür allerdings zuerst in die nicht ganz einfache Thematik einarbeiten, was etwas gedauert hat. Meine Quellen waren – neben Informationen aus dem Internet – folgende Veröffentlichungen (vielen Dank an all diejenigen, die mich bei der Beschaffung dieser Literatur unterstützt haben):

(1) Rumpel, D.; Zastrow, E. 1982: Radioaktivität von Kieselhölzern - Verteilung in den fränkischen Fundstellen. Geol. Bl. NO-Bayern 32: 45 - 57, Erlangen.

(2) Zastrow, E. 1980: Uranvererzung in Kieselhölzern aus Oberfranken. Geol. Bl. NO-Bayern 30: 91 - 99, Erlangen.

(3) Lorenz, J. (Hrsg.). 2023: Aus Holz wurde Stein: Fossiles und „versteinertes“ Holz aus Wetterau, Vogelsberg, Spessart, Rhön und Franken. Mitteilungen des Naturwissenschaftlichen Museums der Stadt Aschaffenburg, Band 31, Karlstein a. Main.

(4) Sächsisches Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft (SMUL). 2018: Natürliche Radioaktivität - Im Alltag und an Arbeitsplätzen, Dresden.

1982 untersuchte D. Rumpel 900 Hölzer von 30 fränkischen Fundstellen auf Radioaktivität. Bei der Messung wurden die Hölzer mit der Eintrittsfläche eines Zählrohrs allseitig auf Kontakt umfahren, und der höchste auftretende Wert der Impulsrate für Alpha- und Betastrahlung als deren Aktivität definiert. Das Ergebnis dieser eher qualitativen Untersuchungen war wie folgt:

An Kieselhölzern von Fundstellen südlich von Bamberg (also beispielsweise aus den Landkreisen Roth und Erlangen-Höchstadt) konnte keine Radioaktivität nachgewiesen werden. Nur nördlich von Bamberg waren Hölzer mit merklicher Aktivität zu finden. Im Einzelnen stammten diese von den Fundstellen Birkenfeld, Burgpreppach, Dietersdorf, Gleismuthausen, Hohnhausen, Köslau, Lützelbuch, Maroldsweisach und Rattelsdorf. Die Radioaktivität war auf einen erhöhten Urangehalt zurückzuführen. Dabei wurde festgestellt, dass der Urangehalt der Hölzer nördlich von Bamberg von SO nach NW zunahm. Radioaktives Begleitgestein wurde nicht gefunden.

Bei den von der nordwestlichsten Fundstelle Wachtelrangen nahe Gleismuthausen (Landkreis Staffelstein) stammenden Hölzern konnte D. Rumpel bei etwa 3 % der Stücke Impulsraten zwischen 10000 und 14000 Impulse pro Minute messen. Bei 11 % der Stücke lag die Impulsrate zwischen 5000 und 10000, bei 43 % zwischen 1000 und 5000 und bei den restlichen 43 % unter 1000. E. Zastrow konnte für diese Hölzer einen maximalen Urangehalt von 0,15 Gewichts-% nachweisen. Dabei war das Uran wolkig-homogen über die Proben verteilt, mit einzelnen konzentrierten Stellen.

Bei den von der südöstlichsten Fundstelle Rattelsdorf nahe Bamberg stammenden Hölzern konnte E. Zastrow hingegen an etwa der Hälfte der untersuchten Stücke nur eine leicht erhöhte Aktivität feststellen. Lediglich in einem Fall lag die Impulsrate bei 600 Impulsen pro Minute, bei den restlichen Stücken bei maximal 300.

Dies deckt sich mit den Aussagen aus dem gerade erst erschienenen Band 31 der Mitteilungen des Naturwissenschaftlichen Museums der Stadt Aschaffenburg zu fossilem Holz. In einer umfangreichen Sammlung mit Kieselhölzern aus dem Landkreis Roth fand sich kein einziges uranhaltiges Stück, während aus den weiter nördlich und nordwestlich gelegenen Mainschottern vereinzelt uranhaltige Stücke beschrieben werden. Insgesamt sei die Anzahl der uranhaltigen fossilen Hölzer – gemessen an der Zahl der untersuchten Hölzer – jedoch sehr gering. Interessant ist der Hinweis, dass einige uranhaltige Hölzer unter kurzwelligem UV-Licht eine intensive grüne Fluoreszenz zeigen, die jedoch bei höheren Eisengehalten auch überdeckt sein kann.

Ein Erklärungsmodell, das zu den bislang vorliegenden Befunden passen würde, wäre folgendes:
Als Quelle der Keupersande kommen granitische Gesteine in Frage, die etwas höhere Urangehalte aufweisen. Die Durchlüftung temporärer, im Inneren des Keuperbeckens entstandener Flachwasserseen reichte aus, um eingeschwemmtes Uran als 6-wertige Uranylionen in Lösung zu bringen. Der im Holz vorkommende Kohlenstoff wirkte anschließend als Reduktionsmittel, so dass das Uran ausfiel und in Form von Mineralien wie Uraninit und /oder Coffinit im Holz fixiert wurde. Dies muss vor oder während der Verkieselung des Holzes erfolgt sein, da ein anschließendes Eindringen von Uranyl-Ionen in den festen Quarz ausgeschlossen werden kann (im Bereich von Rissen im Kieselholz wurde keine höhere Aktivität festgestellt als im Rest des Materials). Das im Kieselholz gebundene Uran ist extrem verwitterungsbeständig und damit nicht mehr wanderfähig. In Trockenperioden verkleinerten sich die Flachwasserseen in Richtung NW, was zu einer höheren Urankonzentration im Wasser und damit auch anschließend in den unter diesen Umständen gebildeten Kieselhölzern führte. Weiter südlich reichte der Zeitraum, in dem die Hölzer durch uranführende Wässer bedeckt waren, offenbar nicht aus bzw. waren die Urankonzentration im Wasser zu gering, um höhere Urankonzentrationen durch den oben beschriebenen Mechanismus in den Kieselhölzern entstehen zu lassen. Daher zeigen diese Hölzer keine erhöhte Aktivität.

Will man die für Kieselholz festgestellten Aktivitäten (Impulse pro Minute ohne Bezug auf die Masse des Kieselholzes) mit anderen natürlichen Strahlungsquellen vergleichen, scheitert man leider daran, dass Aktivitäten üblicherweise als spezifische Aktivitäten in Becquerel pro kg Material angegeben werden, wobei 1 Becquerel einem Zerfall (Impuls) pro Sekunde entspricht. Dennoch habe ich im Nachfolgenden ein paar Angaben zusammengestellt, die ich der Veröffentlichung „Natürliche Radioaktivität - Im Alltag und an Arbeitsplätzen“ des Sächsischen Staatsministerium für Umwelt und Landwirtschaft entnommen habe. Durch die Einlagerung natürlicher Radionuklide in die Knochensubstanz und Organe enthält der menschliche Körper radioaktive Stoffe (hauptsächlich Kalium-40), deren Aktivität bei etwa 120 Becquerel pro kg Körpergewicht liegt. Das in Granit natürlicherweise vorkommende Kalium-40 verursacht eine Aktivität in einem Bereich zwischen 600 und 4000 Becquerel pro kg, in Ziegeln und Klinker immerhin noch zwischen 100 und 2000 Becquerel pro kg. Interessant ist auch noch folgende Angabe, die ich im Internet gefunden habe: In Deutschland sind für Lebensmittel Belastungsgrenzwerte für Radioaktivität festgelegt. Sie liegen pro Kilogramm Nahrung bei 600 Becquerel, für Babynahrung und Milch ist der Wert mit 370 Becquerel deutlich niedriger.

Die in Kieselhölzern vorkommenden Uranisotope zerfallen über zahlreiche Zwischenprodukte unter überwiegender Abgabe von Alpha- und Betastrahlung bis hin zu stabilen Bleiisotopen. Nur bei Bildung eines dieser Zwischenprodukte entsteht dabei auch ein verschwindend geringer Anteil an Gamma-Strahlung (0,16%).

Meine ganz persönliche Gefährdungseinschätzung:

Die Reichweite von Alphastrahlung beträgt in der Luft nur wenige Millimeter bis maximal zehn Zentimeter und schon ein Blatt Papier reicht aus, um sie abzuschirmen. In organisches Material dringt Alphastrahlung nur bis etwa 40 Mikrometer ein. Beim Menschen entspricht das der Dicke der obersten Hautschichten, die nur aus toten Zellen bestehen. D. h. Alphastrahlung außerhalb des Körpers ist als unkritisch einzuschätzen. Werden Alphastrahler hingegen durch Nahrung oder Einatmen in den Körper aufgenommen, sind sie ungleich gefährlicher, da sie dann lebende Zellen schädigen können. Betastrahlung hat in Luft eine deutlich größere Reichweite, die je nach Energie der Strahlen einige Zentimeter bis wenige Meter beträgt. Schichten von dichteren Materialien wie Aluminium, Glas oder Plexiglas schirmen Beta-Strahlung schon bei wenigen Millimetern Dicke ab. Ist der menschliche Körper von außen kommenden Betastrahlen ausgesetzt, können Hautschichten geschädigt werden. Wie auch bei den Alphastrahlern sind Betastrahler deutlich gefährlicher, wenn sie in den Körper aufgenommen werden.

Bei Kieselhölzern sind die Radionuklide zum Glück fest in den Quarz eingebunden, so dass die Gefahr von Abrieb und damit Aufnahme in den Körper aus meiner Sicht als vernachlässigbar gering einzustufen ist. Beim Schneiden von Kieselholz oder dem Anfertigen von Dünnschliffen kann es allerdings zur Entstehung von Stäuben kommen, die dann auch – zusammen mit den strahlenden Nukliden – in den Körper gelangen können. Unter diesen Umständen ist das Tragen einer geeigneten Schutzausrüstung anzuraten. Bei verdächtigen Stücken könnte es sich ebenfalls empfehlen, sie in einer Vitrine hinter einer Glasscheibe aufzubewahren.

Wolfgang Wiesenmüller

Hier geht es zur Diskussion zu diesem Artikel im Steinkern.de Forum:

https://forum.steinkern.de/viewtopic.php?f=3&t=37698

• Weiter