The sedimentary history of loess : sources, deposition, and reworking of aeolian sediments as indicators for palaeoenvironmental changes in the Danube Basin

Pötter, Stephan; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Markovic, Slobodan B. (Thesis advisor)

Aachen : RWTH Aachen University (2021)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2021

Kurzfassung

Löss ist eine äolische Staubablagerung, die etwa 10% der Erdoberfläche bedeckt. Trotz der atmosphärischen Ablagerung ist die Entstehung von Löss ein komplexes Gefüge, das mehrere geomorphologische und sedimentologische Prozesse umfasst. Während des Pleistozäns waren vor allem die Erosion durch Gebirgsgletscher und durch kontinentale Eisschilde sowie Verwitterungsphänomene wie Frostsprengung in periglazialen hohen Breiten und Hochlagen wichtige Prozesse der Staubproduktion. Ein weiterer wichtiger Faktor sind Flüsse, welche Lockersedimente erodieren und transportieren und die Staubbildung durch Abrieb während des Transports erhöhen. Nach der Ablagerung der fluvialen und alluvialen Sedimente können Feinpartikel durch den Wind ausgeblasen und transportiert werden. Die vom Wind transportierten Partikel werden in Staubfallen wie topographische Barrieren, Vegetation oder Biokrusten abgelagert. Der äolische Staub erfährt nach der Ablagerung Veränderungen, so genannte Lössifizierungsprozesse, die zur Konsolidierung und Erhaltung beitragen. Trotz dieser Prozesse ist Löss anfällig für Erosion und kann leicht durch Wasser umgelagert werden. In Europa hängt die Verbreitung von Löss und anderen äolischen Sedimenten stark von den (paläo-)geographischen Bedingungen und dem (Paläo-)Klima ab, welche die Prozesskette der Lössbildung beeinflussen. Besonders die mittleren Breiten sind von einem Lössgürtel bedeckt, der sich von Südengland bis in die Steppen Zentralasiens erstreckt. Das Einzugsgebiet der Donau, insbesondere in ihrem Mittel- und Unterlauf, ist eine der wichtigsten Lössregionen Europas, da Löss weite Bereiche des Einzugsgebiets bedeckt und die Ablagerungen bis ins Altpleistozän zurückreichen. Aufgrund ihrer großen Mächtigkeiten, teilweise mehr als 50 m, sind die Lössvorkommen des Donaubeckens ein wichtiges Archiv für paläoklimatische und paläoökologische Veränderungen in Mittel- und Südosteuropa, einer Region, die durch das Zusammenspiel atlantischer, mediterraner und kontinentaler Klimaregime beeinflusst wird. Die vorliegende Dissertation beleuchtet die sedimentäre Geschichte der Lössablagerungen des Donaubeckens und ihre Übertragung als Archiv paläoökologischer Veränderungen. Die sedimentäre Geschichte umfasst die Prozesskette der Lössentstehung und mögliche Veränderungen nach der Ablagerung, wie z.B. die Umlagerung durch Wasser. Zum Verständnis paläoklimatischer und paläoökologischer Veränderungen werden insbesondere die Sedimentpfade, die Vegetationsmuster, und die damit verbundenen Ökosystemeigenschaften sowie die nach der Ablagerung erfolgte Umlagerung der Sedimente aufgrund von Landschaftsinstabilitäten untersucht. Um regionale Muster der paläoökologischen Bedingungen für das Donaubecken zu entschlüsseln, werden die physikalischen und chemischen Eigenschaften von sieben Löss-Paläoboden-Sequenzen und einer jungpaläolithischen Freilandfundstelle aus verschiedenen geomorphologischen Situationen betrachtet. Um die Deflation und die äolischen Transportwege für pleniglaziale Lössablagerungen aus dem unteren Donaubecken zu verstehen, wurden Sedimentpfade anhand der geochemischen Zusammensetzung von fünf Löss-Paläoboden-Sequenzen rekonstruiert. Diese erstrecken sich entlang eines Transsektes vom Plateau der Dobrudscha im Süden in Richtung der nördlichen Walachischen Tiefebene. Der Vergleich mit Lössablagerungen aus Referenzregionen ergab, dass die alluvialen Ablagerungen der Donau und ihrer Nebenflüsse, die die Karpaten und das Balkangebirge entwässern, die Hauptstaubquelle für die Lössablagerungen des südlichen unteren Donaubeckens sind, was die Rekonstruktion westlicher Paläowindrichtungen erlaubt. Im Norden des Beckens wird eine beträchtliche Menge Staub aus Flüssen wie Sereth, Pruth oder Dnjestr, die die Flyschzonen der Ostkarpaten entwässern, was auf stärkere und frequentere Nordwestwinde hinweist. Basierend auf stabilen Kohlenstoff- und Stickstoffisotopenanalysen von zwei Löss-Paläoboden-Sequenzen aus dem mittleren Donaubecken, Irig und Semlac, wurde die Vegetation des Beckens des mittleren bis späten Pleistozäns von C3-Pflanzen, höchstwahrscheinlich Gräsern, dominiert, die als effiziente Staubfallen dienten. Die Isotopenzusammensetzung der beiden Profile zeigt einen paläoklimatischen Gradienten, mit trocken Bedingungen im Süden und feuchterem Klima im Norden. Die geochemische Analyse betont die paläoklimatologische Bedeutung von Aridität, die die Vegetationsverteilung sowie die Eigenschaften von Ökosystemen während der Interglaziale und Interstadiale maßgeblich beeinflusst hat. Die Genese einer umgelagerten archäologischen Freilandfundstelle wurde detailliert an der jung-paläolithische Fundstelle Temereşti Dealu Vinii untersucht. Artefakte der Kultureinheiten des Aurignaciens und des (Epi-)Gravettien durchsetzen die Sequenz mit (typologischen) Altersinversionen und ohne horizontale Konzentrationen. Gleichzeitig zeigt Temereşti keine offensichtliche Stratifizierung. Die ursprünglich äolischen Sedimente wurden (sub-)kontinuierlich durch fluviale Prozesse umgelagert. Aufgrund der Geomorphologie und fehlender Abnutzung der Artefakte kann die Transportdistanz auf die Terrassenbreite der Fundstelle beschränkt werden. Die Umlagerung fand während Phasen der Landschaftsinstabilität während des Holozäns statt. Diese Dissertation beleuchtet die Stufen der sedimentären Geschichte von Löss als paläoökologische Indikatoren für das Mittel- bis Jungpleistozän im Donaubecken. Die Bedeutung von Multi-Proxy-Ansätzen wird durch die Anwendung von drei verschiedenen solcher Ansätze auf Lössablagerungen aus unterschiedlichen Milieus hervorgehoben. Diese werden kombiniert, um regionale Paläoumweltmuster Südosteuropas im Zusammenhang mit der Ausbreitung des anatomisch modernen Menschen auf dem Subkontinent während des Pleniglazials zu entschlüsseln.

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