Woher kommt Kohlenstoff? Uralte Pflanze, die wie eine Schokoladentüte aussieht, gibt die Antwort →

Als gängige fossile Energiequelle erzeugt Kohle bei der Verbrennung große Mengen Kohlendioxid und ist damit ein wahrer kohlenstoffreicher Brennstoff. Woher kommt der Kohlenstoff in der Kohle?

Im Mai 2024 entdeckten chinesische Forscher bei der Ausgrabung paläontologischer Fossilien in China das bislang vollständigste mineralisierte Exemplar eines Schmetterlings sowie das größte einzelne Corda-Holzfossil des Landes in den Karbonschichten in der Stadt Yangquan in der Provinz Shanxi. Das Rätsel wurde endlich gelöst.

Holzfossilien in Yangquan, Shanxi gefunden (Fotoquelle: Xinhuanet)

01Was sind Lepidium und Corda?

Lepidoptera gehören zur Familie der baumartigen Bärlappgewächse , die im Karbon (vor etwa 355 bis 295 Millionen Jahren) und Perm (vor etwa 295 bis 250 Millionen Jahren) des Paläozoikums vor allem in tropischen Sumpfgebieten auftraten. Es handelt sich um einen der repräsentativsten Bäume der Kohleansammlungsperiode des Paläozoikums. Der Stamm des Lepidolithen ist aufrecht, bis zu 40 Meter hoch und an der Basis 2 bis 3 Meter dick. Der obere Teil des Stammes ist oft dichotom verzweigt und die Zweige sind mit dünnen und langen Blättern bedeckt. Die Blattbasis ist geschwollen und hinterlässt nach dem Abfallen der Blätter auf der Stängeloberfläche spiralförmig angeordnete rautenförmige Blattsitze, die an Fischschuppen erinnern (daher der Name). Einige Leute scherzten sogar, dass es wie eine Schokoladentüte aussieht, was wirklich sehr anschaulich ist!

Lepidocarpus (Bildquelle: Earth Science Dictionary)

Während des späten Paläozoikums waren die Küstensümpfe in den warmen und feuchten Regionen der nördlichen Hemisphäre sehr groß. In Europa, Nordamerika, auf der Nordchinesischen Plattform und in anderen Regionen Chinas traten erstmals tropische Dschungel auf, die die erste großflächige Kohlebildungsperiode in der Erdgeschichte darstellten. Zu dieser Zeit waren die Lepidolithen die vorherrschenden Pflanzen in den Sumpfwäldern Europas, Amerikas und Ostasiens. Sie waren die wichtigsten kohlebildenden Pflanzen in den Küstensumpfphasen des Oberkarbons und daher die Hauptrohstoffquelle für die kohlebildende Bewegung.

Cordaholz ist ein allgemeiner Begriff für Pflanzen der Gattung Corda, einer wichtigen Gruppe ausgestorbener Nacktsamer. Es handelt sich um ein holziges Fossil mit einem bis zu 50 Meter hohen Stamm und Blättern, die in Streifen und engen Spiralen an der Sprossachse angeordnet sind. Es kommt häufig in den Karbonschichten vor.

02Das älteste Waldökosystem in Nordchina

Die Yangquan-Pflanzenfossiliengruppe wurde in den Dörfern Shuiquangou und Shibuzui im ​​Bergbaugebiet der Stadt sowie in der Stadt Yinying in den Vororten entdeckt und liegt in der Benxi-Formation des Karbonsystems des Paläozoikums. Geologen glauben, dass dies das älteste fossile Holz ist, das in den letzten Jahren in meinem Land gefunden wurde. Es stammt aus der frühen Kohleansammlungsperiode des Oberkarbons vor 310 Millionen Jahren. Es handelt sich außerdem um das älteste terrestrische Waldökosystem, das bisher in Nordamerika entdeckt wurde. Gleichzeitig wurde hier auch das größte einzelne Corda-Holzfossil in China entdeckt, das etwa 295 Millionen Jahre alt ist. Seine damalige Höhe wird auf etwa 43,5 Meter geschätzt. Damit wird das Missverständnis europäischer und amerikanischer Paläobotaniker korrigiert, dass es während der Ablagerungsperiode der Benxi-Formation im Oberkarbon keine hohen Bäume in der chinesischen Flora gegeben habe .

Forscher führten im Labor eine mikroskopische Dissektion des fossilen Holzes durch und stellten fest, dass die Holzzellstrukturen im Querschnitt des Schuppenholzfossils dicht wie eine Bienenwabe angeordnet waren, während der Querschnitt des Koda-Holzfossils von der Mitte aus in die umliegenden Bereiche strahlte. Gleichzeitig wurden bei der Sektion auch eine beträchtliche Anzahl schön strukturierter fossiler Pilze und eine große Zahl von Fossilien gefunden, bei denen es sich vermutlich um Kot von Hornmilben im Inneren der Bäume handelt. Außerdem wurden das früheste „Kinderzimmerholz“-Phänomen entdeckt, d. h. das Phänomen, dass Pflanzen im Inneren einer anderen Baumart Wurzeln schlagen. Auf Grundlage der entdeckten Fossilien spekulieren Wissenschaftler, dass der dickste Teil des Stammes dieses Corda-Holzbaums zu Lebzeiten etwa viermal so groß war wie der Taillenumfang eines durchschnittlichen erwachsenen Mannes, und dass die Höhe des gesamten Stammes 43,5 Meter betrug, also etwa die Höhe eines 15-stöckigen Gebäudes. Es handelt sich um das größte einzelne Corda-Holzfossil, das bisher in China entdeckt wurde. Bäume dieser Höhe waren früher nur in europäischen und amerikanischen Pflanzenzonen zu finden.

Darüber hinaus haben Wissenschaftler entdeckt, dass die Holzfossilien aus den Stängeln großer Cordae-Pflanzen keine Jahresringe aufweisen, dass aber über und unter den Schichten, die die Fossilien enthalten, Kohleflöze freigelegt sind. Dies deutet darauf hin, dass sich das Yangquan-Gebiet vom Oberkarbon bis zum Unterperm in einer feuchten tropischen Umgebung befand, ohne erkennbare jahreszeitliche Veränderungen. Dies liefert Geologen eine wichtige wissenschaftliche Grundlage für das Verständnis der lokalen Paläogeographie und des Paläoklimas vor Hunderten von Millionen Jahren.

03 Ähnlichkeiten und Unterschiede zu Udas „Plant Pompeii“

Tatsächlich ist die Stadt Yangquan größtenteils gebirgig und weist gut freiliegende geologische Schichten auf, was sie zu einem idealen Gebiet für die Freilegung und Erhaltung fossiler Ressourcen macht. Die hier gefundenen Holzfossilien sind weit verbreitet und decken einen großen Zeitraum ab. Sie wurden in 14 Gesteinsschichten gefunden, die vom Oberkarbon bis zum Ende des Perm abgelagert wurden. Heute erzählen in der Ausstellungshalle „Schätze von Jin“ des Yangquan City Museum mehr als zehn Pflanzenfossilien, darunter Schilfholzfossilien, Pyroxenholzfossilien, Koda-Holzfossilien und Schuppenholzfossilien, den Menschen stillschweigend von ihrem vergangenen und gegenwärtigen Leben.

Vor nicht allzu langer Zeit wurden drei geologische Kulturerbestätten in meinem Land in die „zweite Gruppe der 100 geologischen Welterbestätten“ aufgenommen, darunter die „Wuda Permian Vegetation Fossil Site“ in der Autonomen Region Innere Mongolei. Es ist außerdem für seine große Anzahl an Pflanzenfossilien berühmt und wird als „Pompeji der Pflanzen“ bezeichnet, da sich unter der Erde ein tropischer Regenwald befindet, der fast 300 Millionen Jahre alt ist. Was ist der Unterschied zwischen der Yangquan-Pflanzenfossilgruppe und ihr?

Tabelle 1: Unterschiede zwischen den Wuda-Pflanzenfossilien „Pflanzen-Pompeji“ und den Yangquan-Pflanzenfossilien (Tabelle erstellt von Ma Zhifei)

04 Fazit

Woher kommt der Kohlenstoff in der Kohle? Es ist ein sehr altes, aber verwirrendes Thema. Die Sonne als primäre Antriebskraft veranlasst Pflanzen, Kohlendioxid aus der Luft aufzunehmen und als Nährstoff zu speichern, um eine Holzschicht zu bilden. Nach dem Absterben der Pflanzen werden diese in der Erde vergraben und verwandeln sich unter dem Einfluss hoher Temperaturen und hohen Drucks im Laufe von Hunderten von Millionen Jahren in Kohle. Der Mensch verbrennt Kohle zur Wärmeerzeugung und setzt dabei große Mengen Kohlendioxid in die Atmosphäre frei. Dadurch entsteht ein Kohlenstoffkreislauf, der sich über Hunderte Millionen Jahre erstreckt. Sonne, Pflanzen, Erdschichten, Kohle, Menschen und Atmosphäre bilden gemeinsam diesen Kreislauf und sorgen für die Aufrechterhaltung des Kohlenstoffkreislaufs und des dynamischen Gleichgewichts des Ökosystems.

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Allerdings muss berücksichtigt werden, dass unterschiedliche Pflanzen über unterschiedliche Photosynthese- und Kohlenstofffixierungsfähigkeiten verfügen und dass der Kohlendioxidgehalt der Atmosphäre in verschiedenen Epochen unterschiedlich ist. Das Kohlendioxid in der Atmosphäre fördert das Wachstum, die Entwicklung, das Gedeihen und die Evolution von Pflanzen. Gleichzeitig werden das Gedeihen und die Entwicklung der Pflanzen wiederum Veränderungen der Kohlendioxidkonzentration in der Atmosphäre fördern und damit die Entwicklung regionaler und globaler Klimasysteme vorantreiben. Die beiden treiben sich gegenseitig an und fördern sich. Innerhalb einer gewissen Zeitspanne kann es zwischen der Struktur der Pflanzen und dem Kohlendioxid der Atmosphäre immer zu einem gewissen Gleichgewicht kommen. Daher können wir anhand der Strukturmorphologie der Pflanzen in diesem Zeitraum Rückschlüsse auf die damalige atmosphärische Konzentration und das damalige Klimasystem ziehen und zukünftige Trends der Klimaentwicklung vorhersagen. Dies ist auch die Bedeutung unserer Untersuchung und Erforschung von Pflanzenfossilien.

Autor : Ma Zhifei, ein populärwissenschaftlicher Autor für Geologie und Geographie und Mitglied der Beijing Science and Technology Popularization Creation Association

Gutachter: Liu Hanbin, leitender Ingenieur, Shanxi Coal Geology Bureau

Produziert von: Science Popularization China

Quellen:

[1] Han Rong. In Shanxi[N] wurden die Überreste des ältesten Waldökosystems Nordchinas entdeckt. Tägliche Wissenschaft und Technologie. 01.12.2023.

[2] Zhang Quandong, Hou Dawang. Das vollständigste mineralisierte Exemplar von Lepidocarpus in meinem Land stammt aus Yangquan[N]. Yangquan-Tageszeitung. 15.05.2024.

[3] Gu Chao. Den Geräuschen der uralten Wälder von Yangquan lauschen[N]. Yangquan-Abendnachrichten. 22.05.2024.

[4] Redaktionsausschuss des Earth Science Dictionary (Vorsitzende des Expertenausschusses Cheng Yuqi und Wang Hongzhen), Huang Zongli und Zhang Liangbi (Hrsg.). Geowissenschaftliches Wörterbuch (Grundlagenband)[M]. Peking: Geological Publishing House, Januar 2006.

[5] Qu Yue, Cao Chengrun, Zhang Wu et al. Entdeckung und Bedeutung von Lepidolithen in den kohleführenden Schichten der Benxi-Formation im späten Paläozoikum im östlichen Liaoning [J]. Geologisches Bulletin. 2015.03.