Die Biostratigraphie (von griechisch βίοςbios = Leben; Stratigraphie = Schichtenkunde) ist eine Teildisziplin der Stratigraphie in der Geologie. Sie beschäftigt sich mit der Gliederung und der relativen chronologischen Bestimmung von Gesteinseinheiten mit Hilfe von Fossilien.
Der für die Biostratigraphie zentrale Begriff Leitfossilien wurde für den englischen „Lower Chalk“ (abgelagert im älteren Abschnitt der späten Kreidezeit) in William Smiths epochalem Werk zur Biostratigraphie (1816) erstmals genutzt.
Nachdem Nicolaus Steno bereits im 17. Jahrhundert erkannt hatte, dass die räumliche Anordnung von Gesteinsschichten übereinander tatsächlich einer zeitlichen Abfolge der Gesteinsbildung nacheinander entspricht (siehe: stratigraphisches Prinzip), und Georges de Cuvier gegen Ende des 18. Jahrhunderts die Erkenntnis verbreitete, dass es im Laufe der Erdgeschichte wiederholt zum Aussterben biologischer Arten gekommen ist, benutzte William Smith das Prinzip der Fossilfolge um das Jahr 1800 sehr erfolgreich bei seiner geologischen Kartierung von England. Um 1810 prägte Leopold von Buch für die zu diesem Zweck besonders geeigneten Fossilien den Begriff Leitfossil.
Bis 1830 gliederten Charles Lyell das Tertiär in Südfrankreich, Gérard-Paul Deshayes die Gesteinsabfolge im Pariser Becken und Heinrich Georg Bronn das italienische Tertiär mittels Fossilien. In der Untergliederung des ehemaligen Primärsystems wurden 1838 durch den Vergleich von unter- und überlagernden Fossilinhalten lithologisch ganz verschiedenartige, räumlich weit auseinanderliegende Gesteinsschichten als zeitlich äquivalente Ablagerungen gedeutet. Der von Alcide d’Orbigny 1852 als Étage eingeführte Vorläufer des Zonenbegriffs bezeichnet noch heute als „Biozone“ die biostratigraphische Grundeinheit der Gliederung mittels Fossilien. Neben den ursprünglich zur Gliederung verwendeten Fossilgruppen (Orthochronologie) wurden nach und nach durch paläontologisch arbeitende Stratigraphen weitere Fossilgruppen (Parachronologie) nutzbar gemacht. In der modernen Biostratigraphie werden seit der zweiten Hälfte des 20. Jahrhunderts Gliederungen durch Serien faktisch lückenlos verfolgbarer, stammesgeschichtlicher Linien (evolutionäre Reihen) angestrebt. Eine neue Entwicklung ist die Nutzung aller horizontiert aufgesammelter, einem Taxon zuordenbarer fossilen Individuen durch rechnergestützte Verfahren.
Unter Fossilfolge versteht man das Vorkommen von Fossilien in einer ganz bestimmten, unveränderlichen und wiedererkennbaren vertikalen Anordnung innerhalb einer Gesteinsabfolge. Im Zusammenhang mit tierischen und pflanzlichen Überresten spricht man auch von Faunen- oder Florenfolge.
Das Prinzip der Fossilfolge (auch „Leitfossilprinzip“ genannt) besagt, dass eine bestimmte Fossiliengemeinschaft im Laufe der Zeit in einem bestimmten Gebiet von einer anderen Vergesellschaftung ersetzt wird. Sobald ein Fossil einmal aus einer Gesteinsabfolge verschwindet, kehrt es in der Abfolge nie mehr zurück. Dieses Prinzip unterscheidet die Biostratigraphie von der Lithostratigraphie, denn, anders als Fossilien, können bestimmte Gesteine im Laufe der Gesteinsabfolge immer wieder in praktisch identischer Form auftreten. Es ermöglicht nicht nur die Korrelierung bestimmter Gesteinsschichten über weite Entfernungen hinweg, selbst wenn deren ursprüngliche Lagerungsverhältnisse durch nachträgliche tektonische Ereignisse gestört und verstellt wurden, sondern auch die relative Datierung der Schichten untereinander und die Vorhersage, welche Schichten an welcher Stelle im Untergrund zu erwarten sind.
Schon lange vor der Veröffentlichung von Charles Darwins Evolutionstheorie legte die Beobachtung der Fossilfolge in den Gesteinen also den Gedanken nahe, dass die Entwicklung der Lebewesen nicht zyklisch verläuft, wie der Kreislauf der Gesteine, sondern in einem gerichteten, grundsätzlich unumkehrbaren Prozess fortschreitet, denn jeder Abschnitt der Erdgeschichte kann durch eine einmalige, nie vorher dagewesene und nie wiederkehrende Vergesellschaftung von fossilen Organismen definiert werden.
Analog zu Bohrungen in der Kohlenwasserstoffexploration eignet sich die Biostratigraphie in der Geothermie hervorragend zur chronostratigraphischen Gliederung - Zuordnung von erbohrten Sedimenten.
Von besonderer Wichtigkeit ist die bohrungsbegleitende Biostratigraphie (Biosteering), bei der vor Ort in der Regel aus Bohrklein (Cuttings) die Mikrofossilien herausgelöst und identifiziert werden. Dabei werden überwiegend zwei Fossilgruppen genutzt:
Von der Probenahme bis zum Ergebnis werden bei Mikrofossilen mindestens 30 min benötigt, bei Nannofossilien 20 min.
Für die mikropaläontologische Probenaufbereitung werden 20-50g Probenmaterial benötigt. Die Cuttings werden kurz gewaschen, um Bohrflüssigkeit zu entfernen, dann in der Regel mit Wasserstoffperoxid behandelt, nochmals gewaschen und geschlämmt (gesiebt), und dann getrocknet. Für die die Identifikation wird ein Binokular mit 30 bis 60facher Vergrößerung genutzt. Für Nannofossilen wird lediglich ca. 1g Material von der Probe abgekratzt, in Wasser gelöst, die Suspension mit den Nannofossilen auf Objektträger aufgebracht, getrocknet und mit einem speziellen Harz und Deckgläschen mit Hilfe einer kleinen UV-Lampe das Präparat fertiggestellt. Für die die Identifikation wird ein Mikroskop mit 1000facher Vergrößerung und Polarisationsfilter genutzt.
Die Probenaufbereitung wird oft im Mudlogger Container ausgeführt, da dort Möglichkeiten zum Schlämmen und Sieben vorhanden sind und eine enge Zusammenarbeit mit dem Mudlogger gewährleistet ist. Bei Bedarf kann ein weiterer Container aufgestellt werden. Palynologische Analysen (Pollen, Sporen und Dinoflagellaten) bringen häufig auch sehr gute Ergebnisse, für die Probenaufbereitung wird aber die hoch toxische Flusssäure genutzt, weshalb diese Methode meistens nicht auf Bohranlagen angewendet wird. Dafür sind auch biostratigraphische Analysen von nicht marinen Sedimenten möglich, was in Deutschland in diversen stratigraphischen Bereichen (u.a. Keuper, Buntsandstein) relevant ist.
In vielen Fällen kann bohrungsbegleitende Biostratigraphie einen wesentlichen Beitrag zur sicheren Abteufung der Bohrung und zur Auffindung des Zielhorizontes liefern:
Bohrungsbegleitende Biostratigraphie unterstützt die geologische Überwachung meist nur in Bohr-Abschnitten mit besonderen Fragestellungen, was den zusätzlichen Aufwand in Grenzen hält. Mit den Analysen sollte aber ausreichend oberhalb des Bohrabschnittes mit potenziellen Zielhorizonten begonnen werden. Auch nach Abschluss der Bohrungen mit Analysen im Labor tragen biostratigraphische Analysen zur besseren Planung und Korrelation künftiger Bohrungen bei. Dabei kann dann auch gezielt die Palynologie eingesetzt werden. Die Auswahl der Fossilgruppen für die Analyse wird im Hinblick auf die zu erwartende Stratigraphie der Bohrung und der Parameter der Fossilgruppen getätigt.
Anwendungsbereiche der Fossilgruppen (vereinfacht):
Gruppe | Stratigraphischer Bereich | Vorkommen | |
marin | terrestrisch | ||
Mikrofossilen | Ordovizium - Quartär | x | (x) |
Nannofossilien | Jura - Quartär | x |
|
Palynologie | Proterozoikum - Quartär | x | x |
Brand., G., A., Schulz, A.: Litho-und Biostratigraphie Mittel-Jura (Dogger) in Bohrungen Norddeutschlands. In: Schriftenreihe dt. Geowiss. Nummer 54 (2008)
Schneider, J. , Gebhardt, U., Gaitsch, B. & Döring, H.: Fossilführung und Biostratigraphie. In : Plein, E. (Hrsg.): Stratigraphie von Deutschland I Norddeutsches Rotliegendbecken Rotliegend Monographien Teil II : 25 - 35. Aufl. Frankfurt : Cour. Forsch. - Inst. Senckenberg, 1995.
Koenigswald, W. V . (Hrsg.): Erdgeschichte im Rheinland - Fossilien und Gesteine aus 400 Millionen Jahren. München : Pfeil, 1994.
https://de.wikipedia.org/wiki/Biostratigraphie
zuletzt bearbeitet Januar 2021, Änderungs- oder Ergänzungswünsche bitte an info@geothermie.de
