The chronostratigraphy of the last glacial cycle recorded in loess-palaeosol sequences from Western and Central Europe

  • Die Chronostratigraphie des Letzt-Glazialen Zyklus aufgezeichnet in Löss-Paläobodensequenzen aus West und Zentral-Europa

Zens, Jörg; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Kehl, Martin (Thesis advisor)

Aachen (2017)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2017

Kurzfassung

Löss-Paläobodensequenzen (LPS) sind herausragende terrestrische Archive für die Rekonstruktion der regionalen Klima- und Umweltgeschichte. West- und Mitteleuropa als Teilgebiete des Europäischen Lössgürtels werden charakterisiert durch mächtige, feinstratifizierte, diskontinuierliche Lösssequenzen. Diskordanzen treten häufig auf und erschweren den regionalen und überregionalen Vergleich zwischen Löss¬profilen ebenso wie die Entwicklung von umfangreichen (chrono-) stratigraphischen Modellen. Daher bietet die Einbindung von numerischen Altersinformationen ein großes Potential, um das Verständnis vergangener Klimabedingungen und –signale zu verbessern. Der Großteil der verfügbaren Lumineszenzalter von LPS zeigen Mängel hinsichtlich der Ge¬nauigkeit und Präzision im Vergleich zu Altern die mit zeitgemäßen Methoden der Optisch Stimu¬lierenden Lumineszenz (OSL) bestimmt wurden. Da belastbare OSL-Daten nur für ver¬gleichs¬weise wenige Profile vorliegen, beruhen Chronostratigraphien häufig auf Altersdaten, die mit überholten Methoden bestimmt wurden. Daraus ergibt sich eine höhere zeit¬liche Unsicherheit, die jede proxybasierte Korrelation von Lössprofilen zu anderen Archiven des Klimawandels erschwert. Das Hauptziel dieser Dissertation ist es, das chronologische Wissen über LPS anhand von vergleichenden OSL-Datierungen an Quarzen und Feldspäten zu verbessern. Insgesamt wurden 48 Alter von Lössprofilen aus Ost-Belgien (Romont), der Niederrhenischen Bucht (Garzweiler), dem Übergangsbereich zwischen Nieder- und Mittelrhein (Ringen) und dem Kraichgau (Frankenbach) generiert. Die Ergebnisse zeigen eine gute Übereinstimmung zwischen Quarz und Feldspat, was die generelle Belastbarkeit der Chronologien bestätigt. Gleichwohl zeigte sich, dass Feldspäte aus umgelagertem Bodenmaterial während eines ‚high-magnitude low-frequency‘ Erosionsevent von partieller Bleichung betroffen sein können. Dies begründet sich auf eine schlechtere Bleichbarkeit von Feldspäten, was zu einer Alters-über¬schätzung führen kann und somit die Nutzung für Chronologien erschwert. Ein Teil der generierten OSL-Alter wurde in einen Datensatz von OSL-Datierungen von mehreren LPS integriert, mit dem anhand von Bayesischer Altersmodellierung das Alter der Eltville Tephra (ET) neu berechnet wurde. Das Modellergebnis zeigt eine hohe Präzision und Re¬produzierbarkeit im Vergleich zur Streuung der Einzeldaten. Zum ersten Mal war es möglich, eine Verbindung zwischen LPS und dem Eifel Laminated Sediment Archive (ELSA) anhand der zeitlichen Übereinstimmung mit einem diskreten lokalen Maximum in den vulkanischen Mineralen im Dehner Trockenmaar herzustellen. Die Integration dieser Korrelation in das stratigraphische Model erlaubte es das Eruptionsalter von dem bisher angenommenen Alter von 24-20 ka auf ±24.2 ka zu verfeinern. Die ET scheint in den Maaren der Eifel nur als Kryptotephra erhalten geblieben zu sein, was auf eine rasche Aufnahme der Asche durch intensive, nach Westen ziehende Stürme hindeutet. Anhand von OSL-Altern, stratigraphischen Belegen und Korngrößendaten wurde ein idealisiertes Profil erstellt und mit wichtigen Referenzstandorten mit belastbaren OSL-Chrono¬logien für bestimmte Sedimentsequenzen verglichen. Dies erlaubt eine Verbesserung der Chronostratigrapie der kürzlich publizierten Lithostratigraphien für Nord-Frankreich, Belgien, die Niederrheinische Bucht und Mitteleuropa, die bisher zum Teil auf schwacher numerischer Alterskontrolle beruhten. Die Integration von Eisbohrkerndaten aus Grönland und den ELSA-Stacks in das idealisierte Lössprofil erlauben die Entwicklung einer Proxydaten-basierten Event-Stratigraphie, die frühere Ansätze ergänzt. Das integrierte stratigraphische Model zeigt mit Einschränkungen vergleichbare Muster in den Proxydaten der einzelnen Archive. Die OSL-Chronologie deutet auf eine Überein-stimmung zwischen Erwärmungsphasen aufgezeichnet in Grönland Einbohrkernen und der Bildung von Paläoböden in Europa hin. Allerdings zeigt sich, dass nicht jedes Grönland Inter¬stadial (GI) mit einer eigenen Bodenbildung einher geht und zum Teil mehrere GI dafür ver¬antwortlich sind. Darüber hinaus ist die Dauer und Temperaturmagnitude eines GIs nicht indikativ für den Bodentyp und die Intensität der Bodenbildung in Europa. Die erhöhte äolische Aktivität, die anhand verstärkter Akkumulationsraten in Grönländischen Eisbohrkernen und LPS in Europa dokumentiert ist, wurde sehr wahr-scheinlich durch großräumige atmosphärische Zirkulationsmuster gesteuert, die beide Regionen gleichermaßen do¬minierten. Die zweite Hälfte des unteren Pleniglazials (LPG), die Heinrich Events 4 und 3 und während das Grönland-Stadial (GS) 2 sind die Hauptphasen der Lösssedimentation. Die mächtigen Lössablagerungen der zweiten Hälfte des Oberen Pleniglazials (UPGb) im Vorfeld der europäischen Mittelgebirge erscheinen entkoppelt von dem atmos¬phärischen Zirkulationssystem zu sein, das Grönland dominierte. Proxydaten des Dehner Trocken¬maares und Klimamodellierung deuten auf eine zunehmende Ostwindkomponente hin, wo¬möglich bedingt durch ein stabiles Hochdrucksystem über dem Skandinavischen Inlandeis.Die Integratation der ELSA-Stacks zeigt eine Verbindung mit den Sedimentabfolgen im Löss. Die Bildung von charakteristischen Paläoböden (Tundragleye, boreale oder arktische Braunerden) korrelieren zeitlich mit den Landscape Evolution Zones der ELSA-Stacks. Phasen mit häufig auf¬tretenden Flutlagen korrespondieren mit Diskordanzen in LPS. Sie werden wahrscheinlich be¬günstigt durch eine dünne Vegetationsbedeckung in Phasen klimatischer Verschlechterung mit kalten-feuchten Bedingungen. Die Flutcluster nach den Hauptbodenbildungsphasen des Mittleren Pleniglazials (MPG), im frühen UPG und an der UPGa/b Grenze sind vermutlich verantwortlich für einen Mangel an stratigraphischen Informationen in vielen LPS in Europa, insbesondere in der Niederrheinischen Bucht. Die Sensitivität einer flachen Landschaft zu flächenhafter Erosion zeigt sich in der geringen Dichte von in-situ Fundstellen des Jungpaläolithikums (Aurignaciens und Gravettiens) und der hohen Fundkonzentration in umgelagerten Sedimenten (z.B. der Kesselt Lage).

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