Luminescence dating of eolian and fluvial archives in the Middle and Lower Danube catchment and the paleoenvironmental implications

  • Lumineszenzdatierung von äolischen und fluvialen Archiven im mittleren und unteren Donaueinzugsbietes und die Implikationen für die Paläoumwelt

Bösken, Janina Johanna; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Brückner, Helmut (Thesis advisor)

Aachen (2017, 2018)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen University, 2017

Kurzfassung

In der vorliegenden Doktorarbeit werden Lumineszenzdatierungsmethoden für die Rekonstruierung der Paläoumwelt- und Paläoklimabedingungen des Einzugsgebiets der mittleren und unteren Donau angewendet. Dies ist besonders für die Migrationsphase des modernen Menschen von Interesse. Die Doktorarbeit ist eingebunden in den Sonderforschungsbereich 806 „Our Way to Europe - Culture-Environment Interaction and Human Mobility in the Late Quaternary“. Um die Umweltbedingungen der letzten 150 ka besser zu verstehen, wurden vier Löss-Paläoboden Sequenzen und ein Standort mit fluvialen Sanden untersucht. Im Untersuchungsgebiet herrschen atlantische, mediterrane und kontinentale klimatische Einflüsse vor. Hierdurch eignet sich das Gebiet für die Erforschung vergangener Klimaschwankungen besonders gut. Aufgrund seiner geographischen Position zwischen Asien, Nahost und Mitteleuropa, befindet sich das Untersuchungsgebiet auf einem möglichen Migrationsweg des frühen modernen Menschen. Die Sedimente der fünf untersuchten Standorte wurden in verschiedenen Zeitabschnitten zwischen dem vorletzten Interglazial (MIS 7) und dem Holozän abgelagert. Die methodische Herangehensweise konzentrierte sich auf optisch stimulierte Lumineszenzdatierung. Für einige Standorte wurden diese geochronologischen Methoden mit physikalischen, biologischen und geochemischen Daten kombiniert, um die Paläoumweltbedingungen zu rekonstruieren. Im mittleren Donaubecken - dem Karpatenbecken - wurden drei Standorte untersucht. Die Löss-Paläoboden Sequenz von Ságvár befindet sich im zentralen Teil des Beckens. Die untersuchten Sedimente wurden während des letzteiszeitlichen Maximums (LGM) von ca. 25 − 17 ka abgelagert und können zu zwei Schichten mit Funden aus dem Gravettien korreliert werden. Die Paläoumweltbedingungen änderten sich von kurzem Grasland (25−24 ka) zu einer Kombination aus Mammutsteppe, Waldsteppe, kontinentaler Steppe und Tundra (25 − 18 ka), bis zu kontinentalem Grasland (< 18 ka). Die Daten zeigen, dass die Kulturschichten des Gravettien während einer typisch kalten LGM-Phase abgelagert wurden. Die Löss-Paläoboden Sequenz von Bodrogkeresztúr befindet sich im nördlichen Teil des Karpatenbeckens auf den südlichen Ausläufern der Karpaten. In der Nähe findet sich Bodrogkeresztúr-Henye mit Funden aus dem Gravettien. Hohe Sedimentationsraten lassen sich aus den geochronologischen Daten ableiten, vor allem zwischen 33.5±2.5 und 28.0±2.1 ka. An diesem Standort herrschten allgemein feuchtere Bedingungen zwischen dem späten MIS 3 und dem frühen MIS 2 im Vergleich zum zentralen und südlichen Teil des Karpatenbeckens. Nichtsdestotrotz zeigen auch zwei grobkörnigere Lössphasen trockenere und kältere Bedingungen mit erhöhter äolischer Aktivität während kurzer Perioden innerhalb des MIS 2 an. Die Untersuchungen heben die einzigartigen mikroklimatischen Bedingungen der Gebirgsausläufer am nördlichen Rand des Karpatenbeckens hervor, welche wahrscheinlich auch für den frühen modernen Menschen vorteilhaft war. Im Karpatenbecken wurden außerdem noch Sedimente bei Crvenka-At untersucht. Hier lassen sich fluviale Sande und Artefakte aus dem Aurignacien finden. Die Untersuchungen konzentrierten sich auf die Erstellung einer Geochronologie der paläolithischen Funde. Die Artefakte wurden in Sedimenten mit einem Alter zwischen 33.9 ± 2.9 ka und 41.3 ± 3.6 ka gefunden. Diese Altersspanne passt gut zu anderen datierten Funden aus dem Aurignacien in der Banatregion. Das spricht für eine weitere Verbreitung des frühen modernen Menschen während dieser Zeit im Banat als vorher angenommen. Außerdem zeigen die Untersuchungen, dass der Homo sapiens nicht nur auf geomorphologisch erhöhten Positionen, sondern auch im Flachland lebte. Weiter im Süden des mittleren Donaueinzugsgebietes wurde die Löss-Paläoboden Sequenz von Stalac untersucht. Sie befindet sich im zentralen Balkan, südlich der typischen Lössverteilung. Das Gebiet ist von paläoklimatischen Wechseln zwischen kontinentalem und mediterranem Klima geprägt. Detaillierte Untersuchungen der Lumineszenzeigenschaften einer problematischen Quarzprobe werden vorgestellt. Für die finale Geochronologie wurden polimineralische Feinkornproben und das pIRIR-Protokoll (post-infrared infrared stimulated luminescence) verwendet. Die Datierungen zeigen, dass die Sequenz die letzten beiden Glazialzyklen umfasst. Die untersuchten Paläoboden deuten auf ähnliche Klimabedingungen während des letzten Interstadials und Interglazials hin und heben hervor, dass während des vorletzten Interglazials deutlich andere Klimabedingungen vorherrschten. Letztendlich wurde die Löss-Paläoboden Sequenz von Urluia im unteren Donaubecken untersucht. Die 16 Meter hohe Sequenz enthält einen Paläoboden im unteren Teil, der von mehreren Lössschichten bedeckt ist. Die Sequenz wurde auf 20.98 ± 1.6 ka bis 144.9 ± 12.2 ka datiert. Die Chronologie der oberen 7 m ist durch das Vorhandensein der kampanischen Ignimbrit/Y5-Tephra als unabhängige Alterskontrolle gestützt. Der untere Teil der Sequenz weist allerdings einen starken Altersanstieg zwischen 7 und 9 m und konstante Altersschätzungen in den unteren 7 m des Profils auf. Diese Datierungen widersprechen jedoch der Pedostratigraphie, da der letzte Interglazialboden im unteren Teil des Profils erwartet wird. Mehrere Hypothesen werden dargelegt, aber die Diskrepanz konnte bisher nicht zufriedenstellend geklärt werden. Die vorliegende Doktorarbeit erläutert, dass detaillierte Untersuchungen nötig sind, um robuste Altersmodelle zu erstellen. Für Quarzproben sind besonders Preheat-Plateau-Tests und Dose-Recovery-Tests von Bedeutung. Einige Proben mit hohen Äquivalenzdosen aus Stalac und Urluia besaßen fallende Vorheiztemperaturplateaus, während andere Proben aus Crvenka-At schon bei sehr geringen Dosen gesättigt waren. Diese Ergebnisse belegen, dass die Proben nicht verlässlich mit dem SAR-Protokoll datiert werden können. Die meisten Proben dieser Doktorarbeit wurden mit dem pIRIR-Protokol untersucht. Hierfür sind First-IR-Stimulation-Temperatur-Tests, Dose-Recovery-Tests, Fadingexperimente und die Messung der Residualdosis von Nöten. Obwohl polimineralische und Kalifeldspatproben mit höheren Dosen als Quarz datiert werden können, wurde auch gezeigt, dass es nicht sicher ist, bis zu welchen Dosen die Altersbestimmungen zuverlässig sind. Beispielsweise unterschätzen die unteren zwei Proben der Stalac-Sequenz die akzeptierte korrelative Stratigraphie. Auch in der Urluia-Sequenz sind die unteren Proben problematisch, weil sie Anzeichen von Sättigung aufweisen. Insgesamt hebt die Doktorarbeit die Bedeutung von Lumineszenzdatierung in Paläoumwelt und geoarchäologischen Studien hervor. Es wird gezeigt, wie die Kombinierung von verschiedenen Proxidaten die Interpretation der Paläoumweltbedingungen verbessert und bestehende Schwierigkeiten identifiziert. Die paläoklimatische Dynamik im Untersuchungsgebiet zwischen atlantischen, mediterranen und kontinentalen Klimaeinflüssen wird diskutiert. Letztendlich waren die Paläoumweltbedingungen während der Migrationsphasen des frühen modernen Menschen ebenso divers, welches die Fähigkeit des Homo sapiens, sich an unterschiedliche Umwelt und Klimabedingungen anzupassen, untermalt.

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