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Joggins Fossil Cliffs
Die Joggins Fossil Cliffs (in etwa ‚Joggins-Fossilkliff') sind eine der bedeutendsten Fundstellen für fossile Pflanzen und Tiere oberkarbonischer …
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Bedeutung und Lage
Die Joggins Fossil Cliffs sind ein 14,7 km langer Abschnitt einer Kliffküste an der oberen Bay of Fundy in Nova Scotia, Kanada. Sie gehören zu den bedeutendsten Fundstellen für fossile Pflanzen und Tiere aus terrestrischen Ökosystemen des Oberkarbons. Seit 2008 sind sie als UNESCO-Weltnaturerbe unter dem Kriterium (viii) eingetragen; die Referenznummer lautet 1285.
Das Kliff liegt an der Südostküste der Chignecto und Cumberland Bay zwischen Downing Head im Nordosten und Ragged Reef Point im Südwesten. Es ist meist etwa 30 m hoch. Die 500 m breite Kernzone umfasst Gezeitenbereich, Strand und Kliff bis zur Oberkante, insgesamt 689 ha. Hinzu kommen Pufferzonen von zusammen 55,3 ha. Die Kernzone gehört vollständig der Provinz Nova Scotia; Pufferzonen befinden sich überwiegend in Privatbesitz.
Die Fundstätte wird auch Coal Age Galápagos genannt. Ihre Gesteine beeinflussten im 19. Jahrhundert besonders Charles Lyell und die Diskussion darüber, wie Kohlelagerstätten entstehen. Die Beobachtung von Baumstümpfen unmittelbar bei Kohleschichten stützte die Erkenntnis, dass die pflanzliche Biomasse für Kohle autochthon, also direkt am Ort eines Kohlewaldes, angesammelt wurde.
In der Bay of Fundy beträgt der Tidenhub fast 17 m, der höchste der Welt. Gezeiten und Wellen erodieren das Kliff stellenweise mit bis zu 25 cm pro Jahr und legen fortlaufend Fossilien frei. Widerstandsfähige Sand- und Kalksteine bilden dabei schmale Schichtrippen, die „Reefs“ genannt werden; Abschnitte mit vielen solchen Lagen treten als Landspitzen hervor, andere als Buchten.
Gesteine, Alter und Kohlebildung
Die Kliffschichten bilden einen fast lückenlosen Anschnitt eines fossilen Sedimentbeckens, des karbonischen Cumberland-Beckens. Die Schichten fallen wegen ihrer tektonischen Lagerung mit etwa 20° nach Süden ein. Salztektonik, also Bewegungen von Salzlagern im Untergrund, spielte sowohl bei der Bildung des Beckens als auch bei seiner heutigen Struktur wahrscheinlich eine wichtige Rolle.
Die insgesamt 4.442 m mächtige Abfolge repräsentiert ungefähr 15 Millionen Jahre Erdgeschichte und ist die weltweit mächtigste aufgeschlossene Abfolge eines karbonischen Kohlebeckens. Sie umfasst Formationen der Mabou-Gruppe aus dem späten Unterkarbon sowie Formationen der oberkarbonischen Cumberland-Gruppe. Zwischen beiden Gruppen liegt eine Schichtlücke von etwa 7 Millionen Jahren, die das gesamte höhere Namurium umfasst. Fast alle Gesteine sind kontinentale Sedimente. Kohleführend sind nur die Joggins- und die darüberliegende Springhill-Mines-Formation; die berühmten Fossilien stammen bisher ausschließlich aus der Joggins-Formation.
Das Typusprofil der Joggins-Formation liegt bei Coal Mine Point. Die Formation ist 915 m mächtig und etwa 315 Millionen Jahre alt; ihr relatives Alter wird als Langsettium beziehungsweise Westfalium A oder Bashkirium angegeben. Kennzeichnend sind brackisch-marine, muschelhaltige Schwarztonsteine („clam coal“) und marine bituminöse Kalksteine. Sie unterscheiden die Formation von der konkordant auflagernden Springhill-Mines-Formation.
Die Gesteine dokumentieren drei benachbarte Ablagerungsmilieus: offene Lagune mit 9 % Anteil, sumpfige Schwemmebene mit 56 % und trockene Schwemmebene mit 31 %. Fazies bezeichnet die Merkmale eines Gesteins, aus denen sich seine Ablagerungsbedingungen erschließen lassen. Insgesamt 14 „oben-flach“-Kleinzyklen zeigen wiederholte Flutung und anschließende Aufschüttung des Gebietes: Ein idealer Zyklus reicht von Kalkstein oder dünnem Kohleflöz über Lagunensedimente und kohleführende Sumpfsedimente bis zu kohlefreien Sedimenten einer trockenen Schwemmebene.
Die Steinkohleflöze sind meist geringmächtig, können mit sandig-tonigen Zwischenlagen aber mehr als 2 m erreichen. Das Joggins-Flöz, Logans Kohle Nr. 7, war wirtschaftlich besonders wichtig. Die Kohle enthält mindestens 5 % Schwefel und etwa 30 % mineralische Substanz („Asche“) und gilt deshalb als geringwertig. Nach der letzten Kaltzeit hob sich das Gebiet postglazial: Die Oberkante des Sandsteinklipps ist eine angehobene frühere Brandungsplattform, die von rotem Geschiebemergel überlagert wird.
Fossile Lebenswelt
Aus der Joggins-Formation sind 195 nominelle Arten einschließlich Pflanzen- und Spuren-Formtaxa bekannt. Damit gehört Joggins zu den umfangreichsten Fossilstichproben des Oberkarbons; nur Mazon Creek in Illinois übertrifft sie. Vertreten sind Pflanzen als Primärproduzenten, Detritusfresser und Jäger unter den Gliederfüßern sowie Fische und Tetrapoden an oberen Positionen der Nahrungspyramide.
Besonders wichtig sind aufrecht erhaltene Sandsteinfüllungen fossiler Baumstümpfe samt Wurzeln. Sie stehen oft noch dort, wo die Bäume wuchsen, obwohl die Gesteinsschichten heute schräg stehen. Die Classic Section besitzt 68 Horizonte mit solchen Stümpfen; ungefähr 100 graue Sandsteinzylinder mit bis zu 45 cm Durchmesser und bis zu 7,60 m Höhe sind jeweils im Kliff sichtbar. In vielen Stümpfen wurden Landschnecken und Tetrapodenreste gefunden. Seit 1852 konnten Knochenreste knapp 210 einzelnen Tetrapoden zugeordnet werden.
Die Flora umfasst etwa 95 Makrofossil-Arten und 187 Palynospezies, also Pollen- und Sporenarten. Baumartige Bärlappgewächse wie Lepidodendron und Sigillaria prägten die Kohlesümpfe und lieferten viel Biomasse für Torf und später Kohle. An trockeneren Standorten dominierten wassermangeltolerantere Cordaiten, Samenpflanzen, die möglicherweise eine ähnliche ökologische Rolle wie heutige Mangroven hatten. Unterholz bildeten Farne, Schachtelhalme wie Annularia und Palmfarne.
Zur Landfauna gehörten die Landschnecke Dendropupa vetusta sowie Spinnen, Skorpione, Fluginsekten und Tausendfüßler. Arthropodenreste in Tetrapodenkoprolithen, also fossilem Kot, zeigen Räuber-Beute-Beziehungen. Zu den räuberischen Tetrapoden zählten frühe Amnioten wie Hylonomus lyelli und Protoclepsydrops haplous sowie Microsaurier und der Temnospondyle Dendrerpeton. Hylonomus lyelli und Protoclepsydrops haplous gelten als die ältesten Vertreter der Amnioten. Für alle 16 Tetrapodenarten des Kliffs ist Joggins entweder einziges Vorkommen oder Typlokalität.
Wie Tetrapoden in hohle Baumstümpfe gelangten, ist nicht endgültig geklärt. Drei Hypothesen nennen Einschwemmung nach dem Tod, tödliches Hineinfallen oder die Nutzung hohler abgestorbener Bäume als dauerhaften Unterschlupf. Die heutige Forschung bevorzugt die letzte Erklärung. Gewässer beherbergten Muscheln, Spirorbis, Eurypteriden, Pfeilschwanzkrebse, „Süßwasserhaie“ wie Xenacanthus und Ctenacanthus sowie den aquatisch angepassten Baphetes.
Spurenfossilien ergänzen die Körperfossilien. Grab- und Fressgänge aquatischer Wirbelloser heißen Domichnia und Fodinichnia, Weidespuren Pascichnia; Trittsiegel und Laufspuren an der Luft heißen Repichnia beziehungsweise Cursichnia. In der Lagunenfazies überwiegen etwa Arenicolites, Cochlichnus, Treptichnus und Taenidium, an Land etwa Diplichnites, Matthewichnus und Limnopus. Bekannt sind rund 20 Fährten-Ichnospezies. Bei Coal Mine Point fand man Batrachichnus salamandroides: Die gesamte Fährte ist knapp 5 cm lang, Vorderfußabdrücke messen 1,6 mm und Hinterfußabdrücke 2,4 mm.
Forschung, Schutz und Nutzung
Erste kurze wissenschaftliche Beschreibungen des Kliffs erschienen 1829 und 1836. Charles Lyell besuchte Joggins 1842 und folgerte aus den mit Kohle verbundenen Baumstümpfen die örtliche Entstehung der Kohle. William Logan nahm 1843 erstmals das gesamte heute geschützte Profil von ungefähr 4.500 m auf. Er brauchte fünf Tage und unterschied acht „Divisions“; in seiner Division 4 zählte er 45 Kohleflöze.
1852 entdeckten Lyell und John William Dawson bei Coal Mine Point Tetrapodenknochen und eine Landschnecke in fossilen Baumstümpfen. Jeffries Wyman bestätigte, dass es Tetrapodenknochen waren; Dendrerpeton acadianum wurde erstmals beschrieben. Dawson erforschte die Classic Section bis zu seinem Tod 1899 weiter. Walter Andrew Bell prägte 1914 den Namen „Joggins Formation“ und ordnete sie 1943 in das tiefere Westfalium ein. Robert Lynn Carroll bestätigte Anfang der 1960er Jahre die Deutung von Hylonomus lyelli als ältestem bekanntem Reptil. Seit Mitte der 1980er Jahre ist die Feldforschung besonders produktiv und untersucht unter anderem Sedimentologie, Stratigraphie, Fossilien, Paläoböden und Lebensgemeinschaften.
Fossilsammeln wurde 1970 strenger geregelt. Schutzmaßnahmen wurden 1972, 1980, 1989, 2006 und 2007 erweitert. Am 7. Juli 2008 beschloss das UNESCO-Komitee einstimmig die Aufnahme in die Welterbeliste. Das Joggins Fossil Centre steht nahe Coal Mine Point auf dem früheren Gelände der Zeche „Joggins #7“. Es informiert über Geologie, Fossilien, Forschung und Kohlebergbau, ist Ausgangspunkt pädagogischer Strandführungen und verfügt auch über Arbeitsmöglichkeiten für wissenschaftliche und kuratorische Tätigkeiten.
Kohle wurde wahrscheinlich schon im 17. Jahrhundert von französischstämmigen Akadiern genutzt. Dauerhafter kommerzieller Bergbau begann 1847. Die letzte Grube in Joggins, die Bayview Mine im Forty-Brine-Flöz, schloss 1961; mit der Schließung der Cochrane Mine am River Hebert endete 1980 der kommerzielle Kohlebergbau in der Joggins-Formation. Von 1847 bis dahin wurden insgesamt 13 Millionen Tonnen Kohle gefördert. Zeitweise gab es 83 Untertagebergwerke; von 1907 bis 1927 wurde von der Zeche Joggins #7 aus unter dem Meeresboden abgebaut. Sandstein aus der nahe gelegenen Boss-Point-Formation wurde seit dem 18. Jahrhundert vor allem zu Mühl- und Schleifsteinen verarbeitet.