Küstensümpfe am Golf von Mexiko: das Milieu der Catahoula-Formation
Die klassischen nordamerikanischen Vorkommen stammen aus der Catahoula-Formation, einer Abfolge von Sanden, Tonen und Tuffen, die im Oligozän vor etwa 24 bis 30 Millionen Jahren abgelagert wurde. Flüsse und Bäche schütteten sie über breite Küstenebenen; die damalige Uferlinie verlief rund 160 bis 200 Kilometer weiter im Landesinneren als die heutige. In diesen warmen, ständig feuchten Sümpfen wuchsen Palmen in großen Beständen. Vulkanismus in Westtexas und Zentralmexiko lieferte gleichzeitig die entscheidende Zutat: feinkörnige, kieselsäurereiche Asche. In Südtexas lassen sich rund 20 Meter Aschemächtigkeit über einem einzigen Ereignis vor etwa 27 Millionen Jahren nachweisen. Wo Stämme in diese Asche fielen und sofort luftdicht eingebettet wurden, unterblieb die Fäulnis. Das Grundwasser löste aus dem vulkanischen Glas Kieselsäure heraus und transportierte sie in das poröse Gewebe. Ohne diese Kombination aus schneller Einbettung und Aschequelle gäbe es das Material nicht.
Von Opal-A zu Quarz: die Kieselsäurereihe im Zeitraffer
Die Verkieselung läuft in zwei Mechanismen ab, die sich überlagern. Bei der Permineralisation füllt Kieselsäure zunächst Hohlräume und Zelllumina aus, ohne das Gewebe anzugreifen; Silicium bindet über Wasserstoffbrücken an die Zellulose der inneren Zellwand. Bei der Verdrängung löst sich die Zellwand allmählich auf, während das Mineralgerüst ihre Form weiterträgt. Lignin hält am längsten durch und wirkt dabei als Schablone für feinste Details. Mineralogisch führt der Weg von amorphem Opal-A über Opal-CT zu faserigem Chalcedon und schließlich zu mikrokristallinem Quarz, wobei einzelne Fundstellen Zwischenstufen überspringen. Die Chemie ist heikel: Oberhalb von pH 9 bleibt Kieselsäure in Lösung und fällt nicht aus, unterhalb von pH 4,5 zerfällt das Holz. Temperaturen über 100 Grad Celsius zerstören die organischen Bestandteile, hoher Druck verformt den Stamm. Das Ergebnis ist ein Gestein von über 2,0 g/cm³, während frisches Palmholz bei 0,43 bis 0,57 g/cm³ liegt.
Palmoxylon: eine Formgattung seit 1882
August Schenk stellte die Gattung Palmoxylon 1882 auf. Es handelt sich um eine Formgattung, also um ein Sammelbecken für fossile Palmenstämme, deren botanische Zuordnung zu heutigen Gattungen unsicher bleibt; bestimmt wird nach Bau der Leitbündel und des Grundgewebes. Über 200 Arten sind beschrieben, und es kommen laufend neue hinzu. Für die Catahoula-Formation unterschied Edward W. Berry 1916 sieben Arten, darunter Palmoxylon texense, Palmoxylon mississippense und Palmoxylon lacunosum. Aus Indien sind Formen aus den Deccan Intertrappean Beds und der oberkretazischen Lameta-Formation beschrieben, etwa Palmoxylon lametaei und Palmoxylon bhisiensis aus Bhisi in Maharashtra. Die indischen Vorkommen liegen zeitlich an der Kreide-Paläogen-Grenze und sind wissenschaftlich besonders wichtig. Insgesamt reicht die Verbreitung von der Oberkreide bis ins Miozän, grob von 85 bis 12 Millionen Jahren. Als Begleiter treten je nach Lagerstätte Pyrit, Eisenoxide und Manganoxide auf.