mini|hochkant=1.8|Schematische Darstellung des Schicksals zweier Dinosaurierkadaver (Sauropoden) mit Tod, Einbettung, Mineralisation (Fossildiagenese) und schließlich Ausgrabung der Fossilien Als Fossilisation bezeichnet man die Entstehung von Fossilien, das heißt der Überlieferung vergangener Lebewesen, die vor dem Beginn des Holozäns gelebt haben (damit älter als ca. 10.000 Jahre sind).General Questions: What is a fossil? San Diego Natural History Museum. Es handelt sich um komplexe Vorgänge, die sich in geologischen Zeiträumen vollziehen. Die Fossilisationslehre oder Taphonomie (von ) beschäftigt sich auch mit der Auswertung erhaltener Fossilien und greift auf die Erkenntnisse verschiedener anderer Disziplinen zurück. Dazu gehören Chemie und Biochemie, Geologie sowie Biophysik und Physiologie (bei Bewegungsspuren). Der Begriff „Taphonomie“ wurde 1940 von Iwan Antonowitsch Jefremow ausgearbeitetJ. A. Efremov: Taphonomy: New branch of paleontology. In: The Pan-American Geologist. Band 74, Nr. 2, 1940, , S. 81–93, (Text). und dient auch in der Archäologie als Begriff für die unterschiedlichen Erhaltungsbedingungen unterschiedlicher Fundstücke und an unterschiedlichen Fundplätzen.Christoph Hinker: Ausgewählte Typologien provinzialrömischer Kleinfunde. Eine theoretische und praktische Einführung (= Beiträge zur Archäologie. Band 8). Lit, Wien/Berlin 2013, ISBN 978-3-643-50510-1, S. 20–29.

Entstehung von Fossilien mini|hochkant=1.5|Video zur Entstehung von Fossilien am Beispiel des Solnhofener Plattenkalks

Der Prozess der Fossilwerdung vollzieht sich in aufeinanderfolgenden Phasen, die nachfolgend genauer beschrieben werden: Tod Zersetzung: Verwesung (aerob), Fäulnis (anaerob), Mumifikation (abiotisch), Inkohlung (anaerob) Einbettung Entgasung Diagenese und Metamorphose

Je nach Gegebenheiten können diese Phasen wiederholt oder in einer anderen Reihenfolge stattfinden. So kann es sein, dass ein Organismus sofort nach seinem Tod nachhaltig eingebettet wird bzw. durch diesen Einbettungsvorgang überhaupt erst zu Tode kommt (z. B. Verschüttung durch einen Suspensionsstrom oder einen pyroklastischen Strom oder Versinken in Asphalt). Auch kann ein Kadaver lange nach der Einbettung wieder freigelegt werden und dann verwesen, um schließlich erneut eingebettet zu werden. Dies passiert oftmals bei Eisleichen, die nach Jahrtausenden der Einbettung von einem Gletscher freigegeben werden und von rezenten Mikroorganismen befallen und ggf. von Aasfressern gefleddert werden, bevor sie dann möglicherweise, in mehr oder weniger vollständigem Zustand, endgültig in Sediment eingebettet werden und im Laufe geologischer Zeiträume zu Gestein fossilieren.

Tod mini|hochkant=1.5|Kadaver einer Silbermöwe (Larus argentatus) am Strand der Insel Düne im Frühstadium der Einbettung. Das Potenzial seiner zukünftigen Erhaltung als Fossil ist allerdings auch bei einer Einbettung an Land sehr gering (vgl. Text), da er in dieser lebensfreundlichen Umgebung höchst­wahr­schein­lich selbst nach einer kompletten Verschüttung vollständig zerstört werden wird.

Die Fossilisation beginnt mit dem Tod des Organismus. Vorteilhaft ist, wenn der Tod nicht von Zeitgenossen bemerkt wird, die sich von Kadavern ernähren. Für eine gute Erhaltung ist auch wichtig, dass der Tod nicht durch stark destruktive Kräfte bewirkt wird, wie etwa durch einen Felsschlag. Günstiger ist der Tod durch Krankheit oder Ertrinken.

Prinzipiell ist jeder Körper unter geeigneten Bedingungen erhaltungsfähig, gleichgültig wie groß sein Gehalt an Hart- und Weichteilen ist, jedoch treten geeignete Bedingungen zur Erhaltung von Weichteilen und filigranen Hartteilen wesentlich seltener auf als geeignete Bedingungen zur Erhaltung von massiven Hartteilen.

Zersetzung Fossilien sind grundsätzlich unvollständige Überreste von Lebewesen. Je nach den Bedingungen, die ein fossil überlieferter Organismus nach seinem Ableben erfahren hat bzw. welche Prozesse er durchlaufen hat, ist die Unvollständigkeit mehr oder weniger stark ausgeprägt. In der Regel ist sie stark ausgeprägt.

Verwesung Die Verwesung ist als aerober Zersetzungsprozess kein Stadium der Fossilisation. Nichtsdestoweniger ist ein fossil überlieferter Organismus oft zunächst der Verwesung ausgesetzt gewesen, denn diese beginnt unmittelbar nach dem Tod. Bei der Verwesung werden die organischen Verbindungen der Körpergewebe (Proteine, Fette, Zucker) schließlich zu einfachen anorganischen Verbindungen (Kohlenstoffdioxid, Salze) abgebaut (vgl. Mineralisierung). Am chemischen Teil der Verwesung sind vor allem Mikroorganismen beteiligt, während der mechanische Teil durch nekrophage Kleinlebewesen und Wirbeltiere (Aasfresser) erfolgt, die Kadaver ausweiden sowie Körperteile verschleppen oder schlicht fressen. Bleibt der Organismus an der Sedimentoberfläche, führt das zum kompletten Verschwinden der Weichteile. Wird er zunächst teilweise eingebettet, kann die Verwesung vor allem die nicht eingebetteten Bereiche betreffen.

Die Verwesung schreitet nicht an jedem Körperteil gleichmäßig voran. Vor allem die Areale um natürliche (Augen, Mund, Anus usw.) oder 'unnatürliche' Körperöffnungen (Verletzungen) verwesen deutlich schneller. Bei Wirbeltieren verwest der Bereich um den Mund besonders schnell, was oftmals zum Verlust des Unterkiefers führt, insbesondere bei frei schwimmenden Kadavern oder jenen, die während der Verwesung umgelagert werden. In solchen Fossilien fehlen dann diese Teile.

Aktualistische Beobachtungen an rezenten Möwen haben ergeben, dass Vogelkadaver nur an Land oder am Ufer vollständig fossil erhalten bleiben könnten. Im Wasser zerfällt der Körper, während er aufgrund seines hohen Auftriebs (wegen der hohlen Knochen) an der Oberfläche umhertreibt.Bernhard Ziegler: Einführung in die Paläobiologie. Teil 1: Allgemeine Paläontologie. 5., unveränderte Auflage. E. Schweizerbart’sche Verlagsbuchhandlung, Stuttgart 1992, ISBN 3-510-65316-5, S. 35.

Die Verwesung wird beschleunigt durch hohe Umgebungstemperaturen und feuchtes Milieu, erschwert bei Temperaturen unter dem Gefrierpunkt oder beispielsweise in trockener Zugluft in Wüstengebieten.

Fäulnis Gerät der Körper eines abgestorbenen Lebewesens in ein anoxisches Milieu, tritt keine Verwesung ein oder sie wird frühzeitig oder zeitweise gestoppt. Wegen des Fehlens von Sauerstoff tritt Fäulnis ein, die Körperstoffe ohne Sauerstoff abbaut. In diesen Fällen können sich nur noch anaerobe Mikroorganismen beteiligen, die aber wesentlich mehr Weichteilsubstanz des Körpers hinterlassen (siehe auch Biostratinomie).

Mumifikation miniatur|hochkant=1.5|Das Wollhaarmammutkalb „Dima“ am Fundort im nordostsibirischen Kolyma-Becken im einstigen Beringia. Ein Arbeiter fand die hervorragend erhaltene Eismumie 1977 bei der Goldgewinnung. Das bei seinem Tod 6 bis 8 Monate alte männliche Tier starb vor etwa 39.000 Jahren Unter bestimmten Bedingungen tritt Mumifikation ein, beispielsweise wenn die Umgebungstemperatur niedrig ist und die Luft trocken, zugig oder wenn toxische Einflüsse vorherrschen. Dann entstehen zunächst Mumien, die sich, wenn sie eingebettet werden, zu unverwesten Fossilien unter Erhaltung der Weichteile entwickeln. Mumien allein werden aber ohne Einbettung nicht zu Fossilien, unter anderem weil es keine Gebiete auf der Erde gibt, in denen sich Eis oberhalb der Erdoberfläche oder trockene, ungestörte Klimaräume länger halten. Es gibt nirgendwo einen Ort, der schon hunderte von Millionen Jahre lang an der Erdoberfläche eiskalt oder sehr trocken ist. Ändern sich die Umgebungsbedingungen, dann zerfallen solche Körper meist vollständig. Trockenmumien zerfallen unter der Mitwirkung von Mikroorganismen sehr rasch, wenn Feuchtigkeit zutritt, Eismumien können unter Umständen sogar erneut von Aasfressern aufgesucht und zerstreut werden. Offen liegende Mumien verwittern mit der Zeit. Mumien aus geologischen Zeiträumen sind deshalb nicht bekannt. In den Permafrostböden in Sibirien und dem nördlichen Nordamerika, die seit Ende der Eiszeit nicht oder nur geringfügig aufgetaut sind, sind allerdings vollständige Wollhaarmammuts, Wollnashörner und andere Eisleichen gefunden worden. Derartige Fossilien zeigen jedoch eine hohe Temperaturempfindlichkeit und nehmen vor allem bei unkontrollierten Auftauprozessen großen Schaden.

Inkohlung Ein weiterer Fossilisationsprozess ist die Inkohlung. Hierbei findet unter Luftabschluss eine Umwandlung des organischen Materials statt, bei der vorwiegend die Elemente Sauerstoff, Wasserstoff und Stickstoff entfernt werden, wodurch sich der Kohlenstoff relativ anreichert, bis fast nur noch Kohlenstoff übrig bleibt. Dabei können mit zunehmender Inkohlung Braunkohle oder Steinkohle entstehen. Der Prozess kommt bei Pflanzenmaterial vor.

Einbettung Primäre und sekundäre Einbettung Als primäre Einbettung wird die erste Einbettung bezeichnet, ohne dass der Organismus noch einmal umgebettet wird. Sekundäre Einbettung kommt gelegentlich bei Wüstentieren vor, die nach Verdurstungstod mumifizierten, in geschützten Arealen lange Zeit liegen und irgendwann (eventuell mehrfach) verweht und in Sand begraben werden. Eismumien können freigelegt werden, auftauen und durch Wasser an einen anderen Ort transportiert werden, wo sie (im Flussschwemmsand) erneut begraben werden.

Es gibt für das Schicksal eines Körpers vor seiner endgültigen Einbettung viele Möglichkeiten. Findet der Organismus schließlich seine endgültige Lagerstätte, so kommt er in jenes Substrat, das seine weitere Entwicklung entscheidend bestimmt. Je nach der sich bildenden Gesteinsart entstehen daraus typische Fossilien-Formen.

Einfluss des Substrats auf die Erhaltung Verschiedene Substrate sind unterschiedlich gut geeignet, einen Körper zu erhalten. Der Idealfall ist, dass ein Organismus unmittelbar nach seinem Tod in ein Substrat eingebettet wird, welches ihn vor Luftzufuhr schützt und geeignet ist, ein Fossil auszubilden.

Organismen können beispielsweise: von Wüstensand zugeweht werden von Schwemmsand in Flussgebieten umspült und so völlig bedeckt werden von Schlamm begraben werden in Morast versinken und so überhaupt erst zu Tode kommen in Eis eingebettet werden

Die Einbettung in angeschwemmtes Substrat wie Lehm oder Schlamm ist besonders günstig. Reine Sandablagerungen (Sandstein) enthalten aber selten Fossilien, da diese bei späteren kieseligen Prozessen (Diagenese) zerstört werden. Salzsümpfe sind zwar gut geeignet, den Organismus zunächst komplett zu erhalten und auszutrocknen, ermöglichen aber nicht die Entstehung von Fossilien, da auch das Salz im weiteren geologischen Verlauf den Organismus auflöst. Dies ist der Grund, warum Salzflöze keine Fossilien enthalten. Auch die zunächst relativ gut erhaltenen Moorleichen werden nur dann fossil überliefert, wenn das Substrat trockenfällt und selbst fossiliert oder wenn es zu einer Umbettung kommt.

Einbettung in Sand Die Einbettung in Sand ist sehr effektiv und ermöglicht eine gute Erhaltung der Substanz. Sie kann jedoch in der Diagenese leicht zur Zerstörung des Fossils führen.

Einbettung in Schlamm In Schlamm können aufgrund dessen Feinkörnigkeit Körper sehr detailliert erhalten werden. Schlämme kommen in allen aquatischen Milieus, dort jedoch nur in Stillwasserzonen, vor. Insbesondere am Grund geschichteter Wasserkörper kann sich infolge von Sauerstoffarmut ein hervorragend für die Fossilerhaltung geeignetes chemisches Milieu einstellen (vgl. → Chemokline, → Sapropel, → Schwarzschiefer). Einige der berühmtesten Fossillagerstätten hatten ihren Ursprung in einem schlammigen Sediment, unter anderem der Maotianshan-Schiefer, der Burgess-Schiefer, der Hunsrückschiefer der Posidonienschiefer von Holzmaden, und der Ölschiefer der Grube Messel. Schlämme sind während der Diagenese oft einer relativ starken Kompaktion unterworfen, sodass in den entsprechenden Gesteinen Fossilien in der Regel flachgedrückt („zweidimensional“) überliefert sind.

Einbettung in Salz