Das Treibhaus von Messel: Was Südhessens Urzeit über unser künftiges Klima verrät

Wer an einem windstillen Spätsommermorgen auf der stählernen Besucherplattform am Rand der Grube Messel steht, blickt in einen sechzig Meter tiefen, von feuchtem Gestrüpp und Wald eingerahmten Kessel. Der rötlich braune Schiefer am Grund wirkt spröde und unscheinbar.

Doch dieser Kessel im Landkreis Darmstadt-Dieburg birgt eines der vollständigsten Naturarchive der Erde. Vor 48 Millionen Jahren, im Zeitalter des Mitteleozäns, lag hier kein stillgelegter Tagebau, sondern ein tropischer Kratersee von gewaltiger Tiefe, umgeben von dichtem Dschungel.

Wo heute die S-Bahn zwischen Darmstadt und Frankfurt pendelt, lebten Krokodile, Würgeschlangen, geflügelte Riesenameisen und dackelgroße Urpferdchen. Für die internationale Wissenschaft ist die Grube Messel jedoch weit mehr als eine Schatzkammer für Museumsvitrinen. Paläoklimatologen nutzen die Schichten des südhessischen Ölschiefers als präzises Prozessmodell für die Zukunft: Messel zeigt, wie ein Planet funktioniert, dessen Atmosphäre mit Treibhausgasen gesättigt ist und an dessen Polen kein Gramm Eis existiert.

Der Knall im Urgestein

Die Entstehung des Sees begann mit einer geologischen Kettenreaktion. Vor rund 48 Millionen Jahren wurde die Erdkruste Mitteleuropas durch die Entstehung des Oberrheingrabens gedehnt und zerrissen. Entlang tiefer Bruchlinien im Sprendlinger Horst stieg glühende basaltische Schmelze aus dem Erdmantel nach oben.

Als das Magma in geringer Tiefe auf wasserführende Schichten traf, verdampfte das Grundwasser schlagartig. Eine Serie gewaltiger Dampfexplosionen pulverisierte das variszische Urgestein und sprengte einen steilen Schlot in die Landschaft. Nachdem der Druck nachgelassen hatte, stürzten die Wände des Kraters nach innen ein.

Zurück blieb ein Einsturzbecken, ein sogenanntes Maar. Über Jahrzehnte war die genaue Entstehung unter Geologen umstritten. Erst im Herbst 2001 lieferte eine 433 Meter tiefe wissenschaftliche Forschungsbohrung den unumstößlichen Beweis: Tief unter den fossilführenden Tonschichten traf der Bohrkopf auf die typischen vulkanischen Brekzien des Explosionsschlotes.

In den Krater floss Grundwasser nach und bildete einen bis zu 300 Meter tiefen See bei einem Durchmesser von rund einem Kilometer. Weil es weder nennenswerte Zuflüsse noch einen oberirdischen Ablauf gab, herrschte im Wasser vollkommene Ruhe.

Die chemische Falle am Grund

Dass empfindliche Tierkörper über Jahrmillionen fast unversehrt blieben, verdankt die Nachwelt einer tödlichen chemischen Schichtung. Der Messel-See war ein meromiktisches Gewässer: Wind und Wellen vermochten nur die obersten Wasserschichten zu durchmischen. In der sonnendurchfluteten Zone tummelten sich Fische, Krokodile und Süßwasserschildkröten.

Unterhalb einer Tiefe von etwa dreißig Metern begann jedoch das Totenreich. Im kalten Tiefenwasser fehlte jeglicher Sauerstoff; stattdessen reicherten sich giftiger Schwefelwasserstoff und Kohlendioxid an. Wenn ein Tier verendete und durch die Sprungschicht sank, landete es auf einem Seeboden, an dem kein Aasfresser, kein Krebs und kein Wurm überleben konnte. Es gab keine Zersetzung durch Verwesung und keine Strömung, die ein Skelett auseinandergerissen hätte.

Am Seegrund sammelte sich über Jahrtausende ein feiner Algenschlamm, der hauptsächlich aus den mikroskopischen Hüllen der Grünalge Tetraedron minimum bestand. Lage für Lage presste sich dieser Schlamm zu bituminösem Tonstein zusammen, dem heutigen Ölschiefer.

Bakterienrasen und irisierende Farben

Die Perfektion der Fossilien verblüfft Fachleute bis heute. Bei vielen Wirbeltieren sind nicht nur die Knochen erhalten, sondern feine Konturen von Mageninhalten, Haaren und Weichteilen. Mikroskopische Untersuchungen zeigten, dass es sich dabei meist um bakterielle Abdrücke handelt: Dichte Kolonien von Mikroben besiedelten die Kadaver und bildeten formtreue Biofilme, die anschließend mineralisierten und das Relief der inneren Organe wie eine Gussform konservierten.

An fossilen Vogelfedern gelang es Forschern, nanoskalige Melanosomen nachzuweisen und so die ursprüngliche Gefiederfärbung zu entschlüsseln. Bei Urzeitkäfern wiederum blieben die physikalischen Lichtgitter der Chitinpanzer so unversehrt, dass ihre Flügeldecken im Sonnenlicht noch heute in metallischem Smaragdgrün, Kupfer und Blau schillern.

Viele Tiere starben vermutlich nicht an Altersschwäche, sondern durch den See selbst. Ähnlich wie bei vulkanischen Kraterseen der Gegenwart sammelten sich am Grund gewaltige Mengen Kohlendioxid. Wurde das Tiefenwasser durch Erdrutsche aufgewühlt, stiegen unsichtbare Gasblasen an die Oberfläche und erstickten trinkende Säugetiere oder tief fliegende Vögel schlagartig am Ufersaum.

Von Urpferdchen und Primaten

Unter den mehr als 50.000 katalogisierten Fossilien ragen zwei Gruppen heraus. Weltbekannt sind die Urpferdchen der Gattungen Eurohippus und Propalaeotherium. Mit einer Schulterhöhe von kaum dreißig Zentimetern besaßen sie keine Hufe, sondern elastische Zehenpolster mit vier Zehen vorn und drei Zehen hinten, die ein Einsinken im weichen Waldboden verhinderten.

In den versteinerten Verdauungstrakten fanden Paläontologen Blattreste, Früchte und fossile Traubenkerne. Mehrere Stuten wurden hochträchtig geborgen; selbst die feinen Knochen der ungeborenen Fohlen und Reste der Gebärmutterwandung zeichnen sich im Gestein ab.

Für weltweites Aufsehen sorgte 2009 die Beschreibung des Primatenfossils Darwinius masillae, genannt „Ida“. Das zu 95 Prozent erhaltene Skelett eines jungen Weibchens zählt zu den vollständigsten Primatenfunden überhaupt. Auch wenn spätere phylogenetische Analysen zeigten, dass Ida kein direkter Vorfahre des Menschen war, sondern zu einer ausgestorbenen Seitengruppe der Feuchtnasenprimaten gehört, lieferte das Fossil einzigartige Einblicke in die frühe Evolution der Säugetiere.

Die Fülle der Arten ist gewaltig: Neben sieben Krokodilarten fanden Forscher die Riesenameise Titanomyrma mit sechzehn Zentimetern Flügelspannweite sowie Würgeschlangen. In einem Schlangenmagen entdeckte das Grabungsteam eine Basiliskenechse, die ihrerseits kurz vor ihrem Tod einen Käfer gefressen hatte, eine weltweit dokumentierte dreigliedrige Nahrungskette der Urzeit.

Ein Archiv für das Klima von morgen

Für die Klimaforschung ist Messel heute eine der wichtigsten Datenquellen überhaupt. Das Mitteleozän war eine extreme Warmzeit. An den Polen existierten keine Eiskappen, und der Meeresspiegel lag weit über dem heutigen Niveau.

Paläobotanische Auswertungen von Blattstrukturen und Pollenprofilen zeigen für Südhessen ein feuchtwarmes Klima mit einer mittleren Jahrestemperatur von rund 22 Grad und jährlichen Niederschlägen von bis zu 2.000 Millimetern. Die $CO_2$-Konzentration der Luft lag stabil bei 800 bis 1.000 ppm, ein Wert, wie ihn Klimamodelle für drastische Emissionsszenarien des späten 21. Jahrhunderts prognostizieren.

Aus den kontinuierlichen Schichtfolgen des Ölschiefers lesen Wissenschaftler regelmäßige Zyklen heraus. Die Ablagerungen spiegeln die feinen Schwankungen der Erdbahn wider, die sogenannten Milanković-Zyklen. Über mehr als 600.000 Jahre hinweg schwankte das regionale Klima im Rhythmus von Jahrtausenden zwischen heißen Regenphasen und trockeneren Intervallen.

Der eozäne Urwald erwies sich dabei als bemerkenswert anpassungsfähig: Zwar veränderte sich die Zusammensetzung der Baumarten, das Waldökosystem als Ganzes brach jedoch nicht zusammen. Wie Forscher des Senckenberg Forschungsinstituts in Frankfurt betonen, liefert dieses historische Archiv belastbare Messwerte darüber, wie Pflanzen und Tiere auf veränderte Feuchtigkeits- und Temperaturregime reagieren.

Die Rettung vor der Müllhalde

Dass dieses Archiv der Menschheit erhalten blieb, grenzt an ein historisches Wunder. Nach dem Ende des Ölschieferabbaus 1971 beschloss die südhessische Kommunalpolitik, den Krater als Mülldeponie zu nutzen. Bis zu zwanzig Millionen Tonnen Industrie- und Hausmüll sollten in den Kessel gekippt werden.

Über fünfzehn Jahre kämpften engagierte Bürgerinnen und Bürger, unterstützt von Senckenberg-Forschern und dem Landesmuseum Darmstadt, gegen das Projekt. Den entscheidenden juristischen Sieg brachte 1988 ein Urteil des Hessischen Verwaltungsgerichtshofs, der die Deponiegenehmigung wegen mangelhaften Grundwasserschutzes kippte.

1991 kaufte das Land Hessen das Gelände für rund 32 Millionen D-Mark auf. Vier Jahre später, am 9. Dezember 1995, erhob die UNESCO die Grube Messel zum ersten Weltnaturerbe Deutschlands.

Jeden Sommer rücken die Grabungsteams erneut in den Kessel aus. Schicht für Schicht spalten sie das feuchte Gestein von Hand, um neue Fragmente der Evolution freizulegen. Da der Schiefer rund vierzig Prozent Wasser enthält und an der Luft sofort zerbröckeln würde, werden die Funde im Labor aufwendig in Kunstharz eingebettet.

So bleibt die Grube Messel ein offenes Buch: Eine Landschaft, die den Menschen in Südhessen vor Augen führt, was vor unendlicher Zeit unter ihren Füßen lebte und wie verletzlich das irdische Klimagleichgewicht tatsächlich ist.