Perm (Geologie)

Zeitliche Einordnung und Grenze

Das Perm ist das letzte System des Paläozoikums; in der Geochronologie entspricht es einer Periode. Es begann vor etwa 298,9 Millionen Jahren und endete vor etwa 251,902 Millionen Jahren. Es folgt auf das Karbon und wird von der Trias abgelöst. An der Grenze zwischen Perm und Trias ereignete sich das größte bekannte Massenaussterben der Erdgeschichte.

Der Beginn des Perm, zugleich der Asselium-Stufe und der Cisuralium-Serie, wird durch das Erstauftreten der Conodonten-Art Streptognathodus isolatus bestimmt. Conodonten sind ausgestorbene, zahntragende Meerestiere, deren Fossilien zur zeitlichen Einordnung von Gesteinen dienen. Das Ende des Perm und der Beginn der Trias sind durch das Erstauftreten von Hindeodus parvus sowie das Ende einer negativen Kohlenstoff-Anomalie des Oberperm festgelegt. Der GSSP, also die international festgelegte Referenzstelle für die Basis des Perm, liegt im Tal des Aidaralash nahe Aqtöbe im südlichen Ural in Kasachstan.

Serien und Stufen

Früher wurde das Perm meist in Unterperm (299–270 Millionen Jahre vor heute) und Oberperm (270–251 Millionen Jahre vor heute) gegliedert. Heute umfasst es drei Serien mit insgesamt neun Stufen:

• Cisuralium, das Untere Perm, von 298,9 bis 274,4 mya: Asselium (298,9–293,52 mya), Sakmarium (293,52–290,1 mya), Artinskium (290,1–283,3 mya) und Kungurium (283,3–274,4 mya).

• Guadalupium, das Mittlere Perm, von 274,4 bis 259,857 mya: Roadium (274,4–266,9 mya), Wordium (266,9–264,28 mya) und Capitanium (264,28–259,857 mya).

• Lopingium, das Obere Perm, von 259,857 bis 251,902 mya: Wuchiapingium (259,857–254,14 mya) und Changhsingium (254,14–251,902 mya).

Pangaea, Klima und Umweltkrisen

Nach der Kollision von Sibiria mit Gondwana und Laurussia erreichte der Superkontinent Pangaea im Unterperm mit 138 Millionen km² einschließlich der Schelfsockel seine größte Ausdehnung. Dabei entstand unter anderem der Ural. Im Äquatorbereich öffnete sich die Tethys nach Osten; ein westlicher Meeresarm reichte bis zu den europäischen Landmassen. In Europa entstanden Grabenbruchsysteme und flache Meeresbecken, die mit Material aus dem erodierten variszischen Gebirge und mit Vulkaniten gefüllt wurden. Ab dem Oberperm zeigen sich erste Anzeichen des Zerfalls von Pangaea.

Die Permokarbone Vereisung der Südkontinente dauerte bis weit ins Perm und endete im Capitanium vor 265 bis 260 Millionen Jahren. Danach setzte sich ein Trend zu stabilem Warmklima durch. In vielen Regionen war das Klima trocken und anfangs relativ kühl; im wüstenartigen Inneren Pangaeas erreichten die Temperaturen oft tropische Werte. Im Perm entstanden die reichsten Salzlagerstätten der Erdgeschichte. Der mittlere atmosphärische Sauerstoffanteil betrug etwa 23 Vol.-%, der CO₂-Anteil etwa 900 ppm, und die mittlere Bodentemperatur etwa 16 °C.

Vor etwa 260 Millionen Jahren gipfelte ein globaler Verlust der Biodiversität in tropischen Gewässern im Capitanium-Massenaussterben. Als sehr wahrscheinlicher Zusammenhang gelten die Flutbasalte des Emeishan-Trapps in Südchina: CO₂ und Schwefeldioxid führten vermutlich zu anoxischen, also sauerstofffreien, Meereszonen und zur Versauerung. Die Aktivität dauerte wahrscheinlich knapp zwei Millionen Jahre und bedeckte mindestens 250.000 km² mit Basalt. Über 60 Prozent der Arten und 33 bis 35 Prozent der Gattungen sollen ausgestorben sein; auch die Vielfalt der Landwirbeltiere sank deutlich.

An der Perm-Trias-Grenze verursachten wahrscheinlich lang andauernde Vulkaneruptionen des Sibirischen Trapps einen rapiden Klimawandel. Sie bedeckten sieben Millionen km² teilweise mehrere Kilometer dick mit Basalt. Bis zum Ende des Perm starben etwa 96 Prozent aller Meeresbewohner und etwa 75 Prozent der Landlebewesen aus. Isotopenuntersuchungen deuten zunächst auf eine Erwärmung um 5 °C innerhalb einiger Jahrtausende durch vulkanisches CO₂ hin; Methanfreisetzung könnte weitere 5 °C verursacht haben. Der Sauerstoffgehalt sank bis auf 16 Prozent oder zeitweise darunter. Die Dauer des Ereignisses wird unterschiedlich angegeben: ältere Schätzungen reichen von 1 Million bis 200.000 Jahren, neuere zunächst etwa 60.000 Jahre; eine Studie von 2018 setzt maximal 30.000 Jahre an und datiert es auf 251,94 Millionen Jahre.

Tierwelt an Land und im Meer

Bei den Landwirbeltieren kam es zu einer ersten großen Radiation der Amnioten, also von Wirbeltieren, deren Embryonen von einer Eihaut umgeben sind. Amphibienähnliche Gruppen verloren dadurch ihre im Karbon vorherrschende Stellung. Mehrere artenreiche reptilienartige Amniotengruppen verschwanden noch während des Perm oder an dessen Ende, darunter Mesosaurier und Pareiasaurier. Im mittleren Perm traten die ersten Therapsiden auf. Sie waren modernere, damals aber noch relativ reptilienartige Vorläufer heutiger Säugetiere. Funde stammen auf der Nordhalbkugel vor allem aus Russland und China, auf Gondwana aus der Beaufort-Gruppe der südafrikanischen Karoo und aus dem Paraná-Becken in Brasilien.

Im Meer waren großwüchsige Fusulinen, einzellige Foraminiferen, wichtige Leitformen. Sie starben am Ende des Perm aus, ebenso tabulate Korallen. Armfüßer erlebten ihre letzte große Radiation; einige spezialisierte Gruppen gingen Symbiosen mit photosynthetischen Bakterien ein, starben aber ganz oder weitgehend aus. Unter den Arthropoden verschwanden Trilobiten und Eurypteriden. Mehrere Insektenordnungen sind erstmals aus dem Perm nachgewiesen. Bei den Weichtieren verschwanden Rostroconchia; unter den Kopffüßern starben Bactriten und Goniatiten aus, während Ceratiten entstanden. Bei den Stachelhäutern verschwanden Blastoidea sowie die Seelilien-Gruppen Camerata und Flexibilia.

Veränderung der Pflanzenwelt

Der Wechsel vom Paläophytikum zum Mesophytikum, also von einer älteren zu einer jüngeren Pflanzenwelt, erfolgte bereits vor dem Übergang vom Paläozoikum zum Mesozoikum. Das Paläophytikum endete vor etwa 256 Ma im Wuchiapingium. Die zuvor dominierenden Farnpflanzengruppen wurden durch trockenresistentere Nacktsamige Pflanzen, die Gymnospermen, ersetzt.

Auf Gondwana entwickelte sich die Glossopteris-Flora. Ihre Vertreter waren laubabwerfende und kältetolerante Gymnospermen; die Ordnung Glossopteridales war dabei vorherrschend. Diese Flora reichte in den gemäßigten und kalten Zonen Gondwanas bis in hohe südliche Breiten.

Mitteleuropa im Perm

In Deutschland wird das Perm traditionell in Rotliegend und Zechstein gegliedert. Diese Einteilung beruht auf einem deutlichen Wechsel zwischen beiden Formationen. Nach einer seit dem Karbon andauernden Festlandszeit drang vor etwa 257,3 Millionen Jahren in einer wahrscheinlich sehr kurzzeitigen Transgression ein tropisches Flachmeer nach Nord- und Mitteldeutschland vor. Damit begann die Zechsteinzeit; Süddeutschland blieb zunächst Festland. An der Basis der Meeresablagerungen entstand der wirtschaftlich bedeutende Kupferschiefer, ein besonders markanter Leithorizont Deutschlands.

Mittel- und Westeuropa lagen während des gesamten Perm als Teil Pangaeas in der tropischen Klimazone nahe dem Äquator. Von etwa 5° südlicher Breite verschoben sie sich im Verlauf von fast 50 Millionen Jahren zum 10. nördlichen Breitengrad. Feuchte und trockene Phasen wechselten relativ häufig. Das starke saisonale Monsunsystem zwischen 30° nördlicher und 30° südlicher Breite bestimmte den Jahresverlauf: Im Sommer gelangte feuchte Luft aus der tropischen Tethys nach Europa, im Winter strömte trockene Kontinentalluft aus Norden ein.