Die Erdneuzeit (Känozoikum)
Die Erdneuzeit wird untergliedert in die Zeiteinheiten Tertiär (65 bis 2 Mio. Jahre) und Quartär (2 Mio. Jahre bis heute).
Quartär
Die Ablagerungen der Quartär-Zeit stammen aus den Kalt- und Warmzeiten der letzten etwa 2 Millionen Jahre, die wir heute z.B. als Kies-Sand erfüllte Ebenen (Oberrheingraben), weit verbreitete Löss- bzw. Lösslehmdecken (besonders in Senken wie der Wetterau) oder als Fließerden (meist an den Talhängen der Mittelgebirge) antreffen.
Hessen lag während der Kaltzeiten (Eiszeiten) zwischen den Eisschilden Nord-Europas und der Alpen im Süden. Zwischen diesen Gletschergebieten konnte sich in Hessen ein zwar eisfreier, aber vom Permafrost mit Dauerfrostböden geprägter Raum entwickeln, der typische Landschaftsformen und Sedimenttypen hervorbrachte.
Noch jünger sind die jetzigen Talfüllungen, in denen sich Sand und Kies oder Auenlehm angereichert hat. Die jüngsten Bildungen der Quartär-Zeit sind die durch Verwitterungsprozesse entstandenen heutigen Böden, die je nach Ertragsfähigkeit als Ackerland, Weideland und Forstflächen genutzt werden.
Tertiär
Im Tertiär näherten sich in Hessen die Land-Meer-Verteilung sowie die Oberflächengestaltung des Festlandes kontinuierlich den Verhältnissen der Gegenwart an. Anstelle der weiträumigen, epikontinentalen Überflutungen während des Mesozoikums ereigneten sich nun verhältnismäßig engräumige Meereseinbrüche in den Kontinentalsockel. Während sich im Alttertiär in Hessen nur kleinere lokale, teilweise auch noch brackische Binnenseen in der kontinentalen Entwicklung der Landschaft abzeichneten, setzte im Mitteloligozän (vor ca. 28 Ma) erneut eine Transgression ein, die über die Niederhessische Senke und den Oberrheingraben eine durch Hessen verlaufende Meeres-Verbindung zwischen dem Nordmeer und der Tethys herstellte. Die bekanntesten Ablagerungen aus dieser Zeit in Hessen sind der Rupelton und der Kasseler Meeressand. Aber bereits im oberen Oligozän zog sich dieses Meer wieder zurück, Hessen ist seit dieser Zeit endgültig unter Festlandseinfluss.
Die überwiegend von kontinentalen Bedingungen dominierten Abschnitte des Tertiärs sind durch das Auftreten von Braunkohlevorkommen im Wechsel mit mächtigen Sand-/Siltfolgen charakterisiert. Dabei entstanden in Hessen ab dem Mitteleozän, mächtige, enger begrenzte Braunkohlelager, die ihre Entstehung sowohl tektonischen Einbrüchen (z.B. Niederhessische Senke bei Borken) als auch epirogenetischer Absenkung (oft in Zusammenhang mit Vulkanismus wie z.B. am Meißner oder im Vogelsberg.
Das Erdmittelalter (Mesozoikum)
Das Erdmittelalter gliedert sich in drei Zeiteinheiten: Trias (245 bis 208 Mio. Jahre), Jura (208 bis 145 Mio. Jahre) und Kreide (145 bis 65 Mio Jahre).
Lias
Mit Beginn der Lias-Zeit (Unterjura, 199-175 Ma) dringt ein Flachmeer über die Keuper-Landschaft insbesondere von Norden nach Hessen vor. Zwischen der Ardennisch-Rheinischen Insel im Westen, zu der in Hessen das heutige Rheinische Schiefergebirge gehört, und dem Böhmisch-Vindelizischen Festland im Osten entwickelte sich im Gebiet von Fulda und Werra eine sehr schmale Meeres-Verbindung, die Nord- mit Süddeutschland verband, die Hessische Straße. Am Meeresboden wurden hier Sand- und Tonsteine, Mergel und Kalksteine abgelagert. Weiterhin kommen bituminöse Tonsteine vor, die bedeutende Mutter-Gesteine für Erdöl-Lagerstätten sein können.
In Hessen sind Sedimente des Lias nur im Bereich des Oberrheingrabens in Bohrungen aus größerer Tiefe bekannt. An der Geländeoberfläche aber sind diese Gesteine nur noch vereinzelt in den Grabenstrukturen im Bereich der Niederhessischen Senke in geringer Mächtigkeit oder in tertiären vulkanischen Brekzien (Rhön und Habichtswald) erhalten. Daher wissen wir, dass auch Sedimente des Lias in flächendeckend in Nordhessen abgelagert worden sind, sie im Tertiär zumindest teilweise auch noch vorhanden waren, in der Zwischenzeit aber der Abtragung zum Opfer gefallen sind. Gesicherte Angaben zur Verteilung von Land und Meer in Hessen in der Zeit ab dem mittleren Jura sind deshalb nicht mehr möglich, zumal sich die Hessische Straße auch gegen Ende des Lias bereits wieder schloss.
Die paläogeographischen Verhältnisse des Mittleren und Oberen Jura sowie der Kreide lassen sich wegen fehlender Ablagerungen nicht mehr rekonstruieren.
Keuper
Die Keuperablagerungen Hessens sind Teil des "Germanischen Beckens", dem deutschen Anteil des Mitteleuropäischen Beckens zur Keuper-Zeit (235-199 Ma). Die Ausdehnung dieses Ablagerungsraumes hat sich seit der Muschelkalk-Zeit nicht wesentlich verändert. Die Liefergebiete für die in Hessen abgelagerten Keuper-Sedimente waren das Böhmische und das Vindelizische Massiv im Südosten oder aber über die südwestlich gelegene Burgundische Pforte das Tethys-Meer. Die Ablagerungen des Keupers waren flächendeckend in Hessen verbreitet, heute sind nur noch Reste dieser Schichtenfolge in Nordost-Hessen anzutreffen. Sie sind an Grabenstrukturen gebunden wie z. B. den Altenmorschen-Lichtenauer Graben, den Fuldaer Graben, Großenlüderer-, Lauterbacher, Netraer und Kasseler Graben sowie der Spahl-Eiterfelder Mulde.
Muschelkalk
Der Muschelkalk, die mittlere Gruppe der Trias (243-235 Ma), ist durch seine flachmarinen Karbonatschlämme (Wellenkalke) gekennzeichnet. Der erneute Wechsel von kontinentalen zu marinen Ablagerungsverhältnisse war durch tektonische Prozesse, die zur Anlage von Grabenstrukturen im Bereich des Mitteleuropäischen Beckens führten möglich geworden. Am Südostrand des sogenannten Germanischen Beckens konnte nun das Meer zunächst über die Ostkarpaten-Pforte und später im Oberen Muschelkalk auch über die Schlesisch-Mährische Pforte im Osten sowie die Burgundische Pforte im Südwesten aus dem Tethys-Ozean in das Germanische Becken eindringen. In der Muschelkalk-Zeit bildete sich in Hessen über einem ausgeglichenen Relief ein flaches, bei ariden Klimaverhältnissen zeitweise trockenfallendes Binnenmeer aus.
Die Muschelkalk-Gruppe ist dreigeteilt in eine untere, mittlere und obere Untergruppe. Der Untere Muschelkalk ist bestimmt durch mergelige Kalksteine (Wellenkalk) , die in einem seichten Flachmeer von einigen 10er Metern Tiefe entstanden sind und einen scharfen Kontrast gegenüber den roten Tonsteinen des Oberen Buntsandsteins bilden. Die Abschnitte der Wellenkalke wechseln sich mit wenige Meter mächtigen fossilreichen Bankzonen, der Oolith-, Terebratel- und Schaumkalkzone, ab. Sie sind die Zeugen einer kurzzeitig intensiveren Wasserzirkulation im Flachmeer, was zu einer Normalisierung der Salinität geführt hat und dadurch die Lebensbedingungen der damaligen Fauna deutlich verbesserte.
Im Mittleren Muschelkalk wird das Germanische Becken zeitweise vom Meer abgeschnürt. In dieser Zeit bilden sich durch Eindampfung salinare Gesteine vor allem in Norddeutschland, sie sind in Hessen nicht mehr erhalten und werden von kavernösen Residualgesteinen vertreten. Typischer Weise treten im Mittleren Muschelkalk Hessens enge Wechselfolgen von Dolomit- und Anhydritbänken mit zwischengeschalteten Mergel- und Tonmergelsteinen auf.
Den Oberen Muschelkalk charakterisieren massige, fossilreiche Kalksteinbänke (Trochitenkalk) sowie die Ceratitenschichten, plattige Kalksteine, denen Mergel- und Tonmergelsteine zwischengeschaltet sind.
Mit dem Muschelkalk endet in Hessen die marine Fazies des Germanischen Beckens und es beginnt die überwiegend terrestrisch geprägte Zeit des Keupers, in der nur wenige kurze Meeresvorstöße bis in den Ablagerungsraum hinein stattfanden.
Buntsandstein
Das Erdmittelalter (Mesozoikum) beginnt mit der Trias (251-199 Ma). Die sehr charakteristischen Gesteine der Trias werden in die Gruppen Buntsandstein, Muschelkalk und Keuper unterteilt. Sie sind zeugen der in dieser Epoche ständig wechselnden teils festländischen teils marinen Ablagerungsbedingungen in Mitteleuropa. Der Buntsandstein (251-243Ma) mit seinen mächtigen Sandsteinabfolgen, die in Flusssystemen abgelagert worden sind, steht für die überwiegend kontinentalen Verhältnisse in dieser Zeit. Es waren vielfach zyklisch aufgebaute Sande, Silte und Tone, die von verflochtenen bis mäandrierenden Flusssystemen transportiert wurden. Die Flusssysteme mündeten schließlich in einen zentralen Playasee. Bevorzugte Schütt-/Transportrichtung der Flüsse war von Südwesten und Südosten gegen Norden, teilweise konnten entlang des heutigen Rheinischen Schiefergebirges auch nach Osten gerichtete Transportwege der Sedimente gemessen werden.
Der Buntsandstein wird in den Unteren, Mittleren und Oberen Buntsandstein untergliedert. Im ältesten Unteren Buntsandstein, der Calvörde-Formation wurden insbesondere in den südlichen Randgebieten (Odenwald und Spessart) plattige bis bankige, fein- bis mittelkörnige, häufig rot gefärbte Sandsteine, oft mit Geröllen, abgelagert. Im Beckenzentrum - in Nordhessen sowie in Südniedersachsen - gelangten in dieser Zeit bereits überwiegend feinsandige und siltige - tonige Sedimente zur Ablagerung. Es handelt sich um rhythmische Ablagerungen, die an der Basis gröber körnig sind und zum Top der Schichten feiner körnig ausgebildet sind, sog. "fining upward"-Zyklen. Erst im oberen Teil des Unteren Buntsandsteins, der Bernburg-Formation herrschen feinklastische, pelitische Einschaltungen vor und es bildet sich eine Sand- Tonstein-Wechselfolge aus.
Der Mittlere Buntsandstein wird in vier Formationen (Volpriehausen-, Detfurth-, Hardegsen- und Solling-Formation) gegliedert, die jeweils durch eine basale Grobschüttung und darüber liegende sandig-tonige Wechselfolgen charakterisiert sind. Es sind zudem mehrere Diskordanzen (u.a. an seiner Basis) und deutliche regionale Mächtigkeitsunterschiede ausgebildet, welche auf synsedimentäre Bewegungen innerhalb der Erdkruste zurückgehen.
Die im Oberen Buntsandstein, der Röt-Formation, dominieren rote Ton- und Mergelsteine mit wenigen sandigen Zwischenlagen. Sie sind Zeugen eines großen Playasees, der sich in Nordhessen und den nördlich angrenzenden Regionen bis nach Norddeutschland ausgebildet hatte. Erste Meeresvorstöße in diesen Ablagerungsraum führen nach Eindampfung des Meerwassers zur Bildung von Gips- und Steinsalzlagen. In Hessen sind Gesteine der Röt-Formation nur im Ringgau sowie in einzelnen Grabenstrukturen wie der Altmorschen-Lichtenauer Grabenzone, dem Hersfelder oder dem Lauterbacher-Großenlüderer Grabensystem erhalten geblieben.
Mit dem Rückzug des Muschelkalk-Meeres wurde die Dominanz mariner Meeresablagerungen in Hessen unterbrochen. Der hessische Anteil des "Germanischen Beckens" lag zwischen überwiegend fluviatil beeinflussten Gebieten im Norden und marinen Ablagerungsräumen im Südwesten. Im Keuper wurden daher zum einen Sande, Silte, Tone ("Schilfsandstein", "Lettenkohlensandstein") aus den kontinentalen Liefergebieten nach Hessen transportiert zum anderen schalteten sich immer wieder die Sedimente mariner Ingressionen mit ihren typischen Dolomitbänken ("Hauptdolomit", "Grenzdolomit", "Steinmergelkeuper") oder mächtigen Gipslagen ("Gipskeuper") als Anhydrit/Gips Wechselschichtungen, ein. Die jüngsten Sedimente des Keupers sind in Hessen nicht mehr verbreitet. Sie wurden im weiteren Verlauf der Erdgeschichte abgetragen.
Das Erdaltertum (Paläozoikum)
Zechstein
Mit dem Beginn des Zechsteins (258-251 Ma) lag Hessen im Einflussbereich des sogenannten Zechsteinmeeres. Entlang des heutigen Randes des Rheinischen Schiefergebirges und der Umrandung des Odenwaldes lag die zechsteinzeitliche Küste dieses Meeresraumes.
Infolge von Meeresspiegelschwankungen, die sich mehrmals während der Zechstein-Zeit ereigneten, erfolgten innerhalb von ca. 6-7 Millionen Jahren sieben Meeresvorstöße in das Mitteleuropäische Zechstein-Hauptbecken. Der Zufluss von frischem Meerwasser in die riesige flache Senke des Zechsteinmeeres wurde durch Meeresspielgeltiefstände zeitweise immer wieder unterbunden. Dies hatte zur Folge, dass das Meerwasser auf Grund des sehr heißen Klimas zu der Zeit im Ablagerungsraum fast vollständig verdunstete. Es erhöhte sich dadurch die Konzentration der darin gelösten Stoffe allmählich. Dabei schieden sich ganz charakteristische Sedimente bzw. Mineralien aus dem Meerwasser aus und bildeten die Gesteinsschichten am Meeresboden. Vor allem Evaporite fielen entsprechend ihrer Löslichkeit aus, zunächst die schwer löslichen Kalzium-Verbindungen (Karbonat und danach Sulfat), dann das mengenmäßig dominierende Natriumchlorid (als Steinsalz) sowie zuletzt die begleitenden Kalium- und Magnesiumsalze. Nach Eindunstung des Wassers wurden die Ablagerungen von tonig-siltigen und sandigen Sedimenten abgedeckt, die von den Landbereichen in den Ablagerungsraum eingeweht oder durch Flüsse eingetragen wurden. Dieser Vorgang ereignete sich im Zechstein insgesamt sieben Mal. Es entstanden so die sieben Folgen (z1 – z7) des Zechsteins, die im Becken mit den Formationen Werra-Formation, Staßfurt-Fm., Leine-Fm., Aller-Fm., Ohre-Fm., Friesland-Fm. und Fulda-Fm. gleichgesetzt werden. Als Hessens wichtigste Lagerstätten aus der Zechstein-Zeit gelten die im Werra-Fulda Raum entstandenen Salzlagerstätten, die noch heute wegen ihrer Kalisalze untertage abgebaut werden. Mit dem Ende des Zechsteins war das Sedimentbecken aufgefüllt. Hebungen der Erdkruste führten dazu, dass sich das Meer weiter nach Norden zurückzog. Mit dem Beginn des Erdmittelalters herrschten wieder festländische Verhältnisse in Hessen vor.
Rotliegend
Das Rotliegend (299–260 Ma) ist der Zeitabschnitt, in dem Hessen unter kontinentalem Einfluss stand. Das Variskische Gebirge war durch einige intramontane Senken zerteilt. Eine dieser Großsenken war die Saar-Selke-Senke, die sich zwischen dem heutigen Rheinischen Schiefergebirge und dem Odenwald liegend von Südwesten bis Nordosten quer durch Hessen zog. Hier konnte der oft grobkörnige Gesteins-Schutt des Variskischen Gebirges aufgenommen werden. Der Verwitterung und Erosion an der Landoberfläche preisgegeben wurden während des Rotliegend typische Sedimente wie Konglomerate, Sande und Tone aus den Höhenlagen des Gebirges in die tiefen Senken transportiert. Sie reicherten sich hier mit bis zu 600m Mächtigkeit an. Da der Eisenanteil der Gesteine durch Kontakt mit dem Sauerstoff der Luft zu rotem Hämatit oxidierte, sind die Sedimente aus dieser Zeit meistens rot gefärbt. Die Bergleute bezeichneten diese Schichten daher als Rotliegendes. Vulkanische Bildungen des Rotliegend, wie sie aus anderen Bundesländern bekannt sind, haben in Hessen keine Bedeutung. Zum Ende der Rotliegend-Zeit war das Variskische Gebirge weitgehend abgetragen und in Norddeutschland ein bis Polen reichendes großes Sedimentbecken entstanden. Ein Meeresspiegelanstieg des Weltozeans und die darauf folgende Meerestransgression in dieses Becken bis weit nach Mitteleuropa hinein beendete das vorherrschend kontinentale Regime des Rotliegend.
Ordovizium, Silur, Devon und Karbon
Die ältesten Gesteine Hessens aus dem Ordovizium (488–443 Ma) und Silur (443–416 Ma) vor allem aber die Sedimentgesteine des Devons (416–359 Ma) und Karbons (359–299 Ma) belegen mit ihrer Fülle an marinen Fossilien das Hessen im Erdaltertum (Paläozoikum) Teil eines Meeresbeckens gewesen war. Im Devon vergrößerte sich dieses Meeresbecken noch. Auf Grund von Extensionsbewegungen in der Erdkruste entstanden tiefreichende Bruchstrukturen auf denen durch aufsteigendes Magma untermeerische Vulkanbauten entstanden. An diese vulkanischen Ablagerungen sind seit dieser Zeit mächtige Eisenerzlagerstätten gebunden. Flach unter dem Meeresspielgel liegend konnten sich bei tropischem Klima Korallenriffe bilden, die den erloschenen Vulkanbauten aufsaßen. Parallel dazu nahm das Meeresbecken jede Menge Sedimente wie Ton, Schluff, und Sand auf, die von den Umgebenden Landflächen hinein gespült wurden. Ab dem Karbon veränderte sich jedoch die Paläogeographische Situation in Mitteleuropa erneut. Mit der Kollision eine Mikro-Kontinentalplatte und dem Nord-Kontinent Laurussia wurde das alte Meeresbecken auf Grund der Einengung der Erdkruste immer mehr zusammengeschoben. Die in ihm akkumulierten Gesteine infolge des erhöhten Druckes und erhöhter Temperatur schwach metamorph überprägt, aufgefaltet und bei starker Einengung gegeneinander an Überschiebungszonen verschoben. Diese gebirgsbildenden Prozesse führten zur Entstehung des Variskischen Gebirges, dessen Reste heute noch mit dem Rheinischen Schiefergebirge, dem Kristallinen Odenwald und Spessart in Hessen erhalten geblieben sind. Mit dem Abschluss der Gebirgsbildung war das Zeitalter des Karbons zu Ende. Erneute Umstrukturierungen der Erdkruste leiteten das Zeitalter des Rotliegend ein.