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Dissertation zugänglich unter
URN: urn:nbn:de:gbv:luen4-opus-145111
URL: http://opus.uni-lueneburg.de/opus/volltexte/2018/14511/


Climate and environmental evolution in Late Pliocene and Quaternary sediments of coastal northwest Germany and Early-Middle Pleistocene of the Upper Jordan Valley, Israel

Klima- und Umweltentwicklung in spätpliozänen und quartären Sedimenten des nordwestdeutschen Küstengebietes und Früh-mittlerem Pleistozän des Oberen Jordantals, Israel

Proborukmi, Maria Sekar

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SWD-Schlagwörter: Sediment , Nordseeküste , Jordan , Quartär , Pleistozän
Freie Schlagwörter (Deutsch): Quartät , Palynologie , multi-proxy Paläoumwelt , Paläoklima , numerische Datierung , Eiderstedt , Obere Jordantal
Freie Schlagwörter (Englisch): Quaternary , palynology , multi-prozy palaeoenvironment , palaeoclimate , numerical dating , Eiderstedt , Upper Jordan Valley
Institut: Nachhaltigkeit
DDC-Sachgruppe: Geowissenschaften
Dokumentart: Dissertation
Hauptberichter: Urban, Brigitte (Prof. Dr.)
Sprache: Englisch
Tag der mündlichen Prüfung: 02.11.2017
Erstellungsjahr: 2018
Publikationsdatum: 04.10.2018
Kurzfassung auf Deutsch: In dieser Dissertation wurde zur Untersuchung der klimatischen Veränderungen und ihrer Auswirkungen auf die Umweltbedingungen während des Quartärs in früher vergletscherten und in nicht vergletscherten Gebieten und um eine Korrelation mit den marinen Sauerstoffisotopenstadien (MIS) vorzunehmen, eine Multi-Proxy-Untersuchung, die verschiedene paläoökologische, lithologische, geochemische und geochronologische Methoden beinhaltet, durchgeführt. Diese Untersuchung wurde an den beiden Schlüsselbohrungen, der Garding-2-Forschungsbohrung aus dem deutschen Nordseeküstengebiet Schleswig-Holsteins und am archäologischen Standort Gesher Benot Ya´aqov (GBY), an der Kernbohrung GBY#2, im Oberen Jordan-Tal in Israel durchgeführt.
Die Ergebnisse dieser Arbeit werden in drei verschiedenen Artikeln diskutiert, wobei sich Paper I und II auf die Untersuchung des Garding-2 Kerns konzentrieren und die Multi-Proxy-Untersuchung des GBY#2 Kerns in Paper III diskutiert wird. Die Ergebnisse der umfänglichen Analysen, die an der 240 m langen Garding-2-Sequenz durchgeführt wurden, zeigen Interglazial-Glazial Zyklen, die hauptsächlich durch Temperaturschwankungen gesteuert werden. Diese Sequenz besteht aus überwiegend fluviatilen-, respektive flachmarinen Sedimenten, die von Einschaltungen mudde- und torfartiger Ablagerungen unterbrochen werden. Mithilfe der palynologischen und lithologischen Befunde konnte der Pliozän-Pleistozän-Übergang im Bereich von 182.87 m gelegt werden. Diese Sedimente werden von Ablagerungen des Prätiglium und diskordant denen des nachfolgenden Waalium- und Bavelium Komplex überlagert. Das Ende des vermutlich zweiten oder dritten Cromer Interglazials, welches in die MIS 19 gestellt wird, wird von Laubmischwaldelementen und dem letzten Auftreten von Tsuga in 119.50 m Tiefe charakterisiert. Die Sedimente des Bilshausen Interglazials wurden unterhalb von zwei Elster Moränen zwischen 89.00 m-82.00 m abgelagert. Diese Sedimente zeigen hohe und ansteigende Pollenanteile von Pinus und Picea und vereinzeltes Vorkommen von Abies und Carpinus, die den Merkmalen am Beginn des Interglazials Bilshausen oder Rhume ähneln (Müller, 1992). Eine Diskordanz tritt bei 80.29 m, am Ende der spätholsteinzeitlichen Ablagerungen auf. Die spätholsteinzeitlichen Sedimente ist durch das Auftreten von Fagus und Pterocarya, mit geringen Anteilen von Abies und Carpinus, und die Abwesenheit von Buxus gekennzeichnet. Diese Sedimente gehen in die nachfolgenden Ablagerungen der Fuhne-Kaltzeit, die wiederum von Drenthe-Grundmoräne zwischen 73.00 m-71.00 m diskordant überlagert werden, über. Eine einzelne Torfprobe bei 69.25 m, mit Pinus-Picea-Abies Zusammensetzung korreliert mit der späten Eem Warmzeit, sie wird von weichselzeitlichen glaziofluvialen Ablagerungen überlagert.
Mittel- bis spätholozäne Sedimente treten von 20 m ab aufwärts nach einem Hiatus auf, der durch die frühholozäne Transgression verursacht wurde. Die sich anschließende gering mächtige marine atlantische Sedimentlage wird durch marine Ablagerungen bis zu 11.00 m diskordant überlagert. Das erste Auftreten von Fagus (bei 15.97 m) und Carpinus (bei 15.03 m), mit optisch stimulierter Lumineszenz (OSL) datiert auf 3130 +/- 260 BP (bei 16.22 m, Zhang et al., 2014), gibt Hinweis auf ein subboreales Alter dieser Ablagerungen. Sandige Sedimente des frühen Subatlantikums, die zwischen 11.00 m und dem oberen Teil der Garding-2-Sequenz abgelagert wurden, deuten darauf hin, dass sich in dieser Zeit lokal Salzmarschen, Dünen und Wattvegetation ausgebreitet haben. Aufgrund der regionalen Eigenschaften und Besonderheiten der Küstenlandschaft, lassen sich die in Norddeutschland bei etwa 2700 BP auftretenden und für den Übergang vom Subboreal zum Subatlantikum charakteristischen signifikanten anthropogenen Eingriffe in die Landschaft sowie der Anstieg von Fagus und Carpinus nicht eindeutig im Pollendiagramm erkennen.
Im Mittelmeerraum wurde ein 50 m langer Kern an der Acheulian Fundstelle Gesher Benot Ya´akov (GBY), GBY#2 erbohrt. Der GBY#2-Kern umfasst eine lange früh- bis mittelpleistozäne Abfolge, die das Wissen über die geologischen Bedingungen, Umwelt- und Klimaentwicklung und die Mensch-Lebensraum-Beziehungen am Rande des Hula-Paläosees, erweitern. Die GBY#2 Sedimentsequenz wird von zwei Basalt Schichten unter- beziehungsweise überlagert, die mit der 40Ar/39Ar Methode datiert wurden: diejenige an der Basis des Kerns wurde auf 1195 +/- 67 ka (bei 48.30 m) und auf 1137 +/- 69 ka (bei 45.30 m) und diejenige im Hangenden auf 659 +/- 85 ka (bei 14.90 m) datiert. Mit der zusätzlichen chronologischen Identifizierung der Matuyama-Brunhes Boundary (MBB) und der Korrelation mit den ´GBY Excavations´, stellt die GBY#2 Sedimentsequenz die hochauflösende klimatische Geschichte des älteren Teils des Übergangs vom Alt- zum Mittelpleistozän (MPT, von 1.2 Ma bis 0.5 Ma) dar. Die Multi-Proxy-Untersuchung, einschließlich der Pollen- und Nicht-Pollen-Palynomorphen, makro-botanischen Reste, Mollusken, Ostrakoden, Fische, Amphibien und Mikromammalia zeigen See- und Seeuferrand Verhältnisse während MIS 20 und MIS 19 auf. Auf relativ kühle, gering feuchte Bedingungen der MIS 20, folgte eine ausgeprägte Trockenphase. Warme und feuchte interglaziale Bedingungen, die durch Quercus-Pistacia Wälder gekennzeichnet sind, herrschten während des anschließenden MIS 19 in der Region vor. Die Ablagerungsbedingungen am Untersuchungsort veränderten sich von einem offenen See während der MIS 20 zu Seeuferrandverhältnissen in MIS 19. Dieser Befund ist mit den wechselnden Klimabedingungen von relativ trocken bis feucht nicht in Übereinstimmung. Diese Diskrepanz kann durch die Seeuferverschiebung aufgrund von Sedimentakkumulation im Hula-Becken erklärt werden, was zu einem flacheren Wasserstand führte.
Die klimatischen Bedingungen und Veränderungen während des Spättertiärs und des Quartärs in Nordwesteuropa und während des späten Altpleistozäns und des frühen Mittelpleistozäns im Nahen Osten folgen dem Muster des globalen Klimawandels, der vor allem während des Frühpleistozäns durch die extraterrestrische Obliquität (Zyklus von 41 ka) und während des Früh-Mittelpleistozän Übergangs (MPT) und den jüngeren Abschnitten des Quartärs von der Exzentrizität (Zyklus von 100 ka) gesteuert wurde. Die Ergebnisse dieser Untersuchung liefern wichtige Datengrundlagen für weiterreichende Fernkorrelationen wichtiger stratigraphischer und klimatischer Quartärevents, die das Wissen über regionale und globale Auswirkungen von klimatischen Schwankungen erweitert haben.
Kurzfassung auf Englisch: In this dissertation, a multi-proxy study, which included palaeoecological, lithological, geochemical and geochronological methods, was carried out to investigate climatic and environmental changes and their interaction during the Quaternary in formerly glaciated and non-glaciated areas. The information obtained will be used to provide a better understanding of the regional stratigraphic framework and to establish broader regional terrestrial correlations within the global marine isotope stage (MIS) framework. This study was conducted on two key drillings, the Garding-2 research drill core in the German North Sea coastal area of Schleswig-Holstein and the GBY#2 archaeological core at the Gesher Benot Ya´aqov (GBY) site, in the Upper Jordan Valley in Israel.
The results of this study are presented in three papers. Papers I and II focus on the study of the Garding-2 core, while the multi-proxy study of the GBY#2 core is presented in Paper III. The results of a variety of analyses conducted on the 240 m long Garding-2 sequence show interglacial-glacial cycles that are mainly controlled by variations in temperature. This sequence is composed of mainly fluvial-shallow marine sediments intercalated by muddy-peaty deposits. Based on the palynological and lithological findings, the Pliocene-Pleistocene transition was observed at 182.87 m. It is overlain by Praetiglian and the subsequent sediments of the Waalian and Bavelian Complexes. The boundary of either the second or third Cromerian Interglacial with younger sediments, which still belong to MIS 19, is marked by the last occurrence of Tsuga at 119.50 m and the development of mixed-deciduous forests. The palynologically equivalent sediments of the Bilshausen Interglacial were found below two Elsterian till layers, at 89.00 m-82.00 m. These sediments showed high and increased percentages of Pinus and Picea and scattered occurrences of Abies and Carpinus, which are similar to the features of the beginning of the Bilshausen or Rhume interglacial (Müller, 1992). An unconformity occurred at 80.29 m, at the bottom of late Holsteinian deposits, characterised by the occurrences of Fagus and Pterocarya, with low percentages of Abies and Carpinus and the absence of Buxus. These deposits are succeeded by sediments of the Fuhne cold period that shows higher percentages of NAP and occurrences of Ericales, Helianthemum and Selaginella selaginoides, which are unconformably overlain by Drenthian till at 73.00 m-71.00 m. A single peaty sample at 69.25 m with Pinus-Picea-Abies assemblage is correlated with the late Eemian Interglacial. This deposit is overlain by Weichselian glaciofluvial sediments.
Middle-late Holocene sediments occurred from 20 m upwards, following a hiatus, which was caused by the Early Holocene transgression. A subsequent thin layer of marine Atlantic sediments is unconformably overlain by marine-tidal flat deposits up to 11.00 m. The first occurrence of Fagus (at 15.97 m) and Carpinus (at 15.03 m), which was optically stimulated luminescence (OSL)-dated to 3130 +/- 260 BP (at 16.22 m, Zhang et al., 2014), gives evidence for a Subboreal age for these deposits. Sandy sediments of the early Subatlantic, which were deposited between 11.00 m and the top of the Garding-2 sequence, indicate that local salt marshes, dunes and tidal flat vegetation expanded during this period. Due to regional features and the peculiarities of the local coastal environment, the expansions of Fagus and Carpinus, which are characteristic for the Subboreal-Subatlantic transition at about 2700 BP in northern Germany, are not clearly reflected in the Garding-2 pollen diagram.
In the Mediterranean area, a 50 m long core of GBY#2, was drilled at the Acheulian site of Gesher Benot Ya´akov. The GBY#2 core provides a long Early-Middle Pleistocene geological, environmental and climatological record, which also enriches the knowledge of hominin-habitat relationships documented at the margins of the Hula Palaeo-lake. The sediment sequence of GBY#2 is under- and overlain by two basalt flows that are 40Ar/39Ar dated: two samples at the bottom of the core dated to 1195 +/- 67 ka (at 48.30 m) and 1137 +/- 69 ka (at 45.30 m), and another one at the top dated to 659 +/- 85 ka (at 14.90 m). With the additional chronological identification of the Matuyama Brunhes Boundary (MBB) and the correlation with the GBY excavation sites, the sedimentary sequence of GBY#2 provides the climatic history during the late part of the mid-Pleistocene transition (MPT, 1.2 Ma-0.5 Ma). Multi-proxy analyses including those of pollen and non-pollen palynomorphs, macro botanical remains, molluscs, ostracods, fish, amphibians and micromammals provide evidence for lake and lake-margin environments during MIS 20 and MIS 19. During MIS 20, relatively cool semi-moist conditions were followed by a pronounced dry phase. During the subsequent MIS 19, warm and moist interglacial conditions were characterised by Quercus-Pistacia woodlands in this area. The depositional environment changed from an open water lake during MIS 20 to a lake margin environment in MIS 19. This finding is at odds with changing climate conditions from relatively dry to moist. This discrepancy could be explained by the prograding pattern of the lake shore due to the infilling of the basin, which resulted in shallower water.
Climatic changes during the Late Tertiary and the Quaternary in the high latitude regions in northwest Europe and during the Early-Middle Pleistocene in the mid latitude regions of the Middle East follow the patterns of global climatic changes, which are mainly controlled by orbital obliquity (+/-41 ka cycle) during the Early Pleistocene and by orbital eccentricity (+/-100 ka cycle) during the MPT (1.2 Ma-0.5 Ma) and the younger periods of the Quaternary. The results of this study also provide reliable evidence for long distance correlation of stratigraphic and climatic events of the Quaternary, which extends knowledge of regional and global impact of climatic fluctuations on the environment.


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Letzte Änderung: 10.11.16