Paläoklimarekonstruktion im nahen Osten während des letzten glazialen Maximums anhand jahreszeitlich geschichteter Seesedimente

Inhaltsverzeichnis

1.Untersuchungsgebiet, Sedimentationsbedingungen und Hintergrund der Untersuchungen

2. Bearbeitung der Proben

3. Arbeitsmethoden
3.1 Mikroskopie
3.2 μ-XRF

4. Ergebnisse und Datenauswertung
4.1 Mikroskopie
4.2 μ-XRF
4.3 Mineralogie

5. Bildung von Sedimentationsklassen und Interpretation

Literatur

1. Untersuchungsgebiet, Sedimentationsbedingungen und Hintergrund der Untersu- chungen

Die untersuchten Proben stammen aus Israel, vom Rande des Toten Meeres. Es handelt sich dabei um geschichtete Sedimente eines Paläo- sees, dem Lake Lisan, der sich im letzten Glazial zwischen 70-14 ka BP im Rift des Toten Meeres bzw. ent- lang des Jordantals erstreckte (siehe Abb. 1) (Begin et al. (2004)). Die Lisanformation besitzt eine Ge- samtmächtigkeit von 30 m und wird nach oben durch eine mächtige Gipsschicht be- grenzt. Im Rah- men des Prak-tikums wurde der oberste Bereich (etwa 1,5 m) der Lisanformati- on untersucht.

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Abb. 1: (A) Ausdehnung (grauer Bereich) und Einzugsgebiet (graue Linie) von Lake Lisan und Totem Meer. (B) Ort des Probenahmepunktes (rot umrandet) der untersuchten Sedimente nahe der archäolo- gischen Fundstätte Massada. Quelle: Begin et al (2004).

Die Sedimente (siehe Abb. 2) zeigen durch markantes Alternie- ren von hellen und dunklen Lagen einen wiederkehrenden Sedi- mentationszyklus. Dieser wird als jahreszeitliche Schichtung ge- deutet. Man unterscheidet zwischen Sommer- und Winterlage, beide zusammen bilden eine Jahreslage bzw. Warve. Während die Sommerlagen durch Aragonitausfällung in Folge starker E-vaporation hell erscheinen, sind die Winterlagen durch klasti-schen, fluvialen Eintrag dunkel. Im Einzugsgebiet sind käno- und mesozoischer Calcit und Dolomit das dominierende anstehende Gestein, vereinzelt ist neogener Basalt anzutreffen.

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Abb. 2: Warvier-te Sedimente des Lake Lisan.

Hintergrund der Untersuchungen ist die Korrelation von Klimaereignissen wäh- rend des letzten Hochglazials von Mittel- und Nordeuropa mit dem Klimageschehen im Nahen Osten. Untersuchungen an grönländischen Eisbohrkernen und marinen Sedimenten aus dem Atlantik zeigten, dass die Klimaentwicklung des letzten Glazials in Europa von abrupten Klimaschwankungen auf Zeitskalen von 10er bis 100er Jah- ren geprägt war. Diese Klimaschwankungen sind als Dansgaard-Oeschger-Zyklen bekannt und stehen mit den Heinrich-Events, Phasen weitem Vordringens von ge- kalbten Eisblöcken nach Süden, in Verbindung. Auslöser dieser Klimaschwankungen sind möglicherweise Fluktuationen der Sonnenintensität. Untersuchungen an jahres- zeitlich geschichteten Sedimenten der Lisanformation liefern hochauflösende Paläo- klimainformationen aus dem Ostmediterranraum und ermöglichen somit einen Ver- gleich mit den Ergebnissen der grönländischen Eisbohrkerne.

Die Hypothese umfasst die möglichen Wechselwirkungen zwischen dem Klima in Europa und dem im Nahen Osten. Kältephasen in Europa sind nach Prasad et al. (2004) mit Trockenphasen im Nahen Osten korrelierbar. Diese Region erhält ihre Niederschläge hauptsächlich im Winter durch ostwärts wandernde Tiefdruckgebiete. Ist das Klima in Europa kalt, kühlen sich Atlantik und Mittelmeer ab, so dass weniger Wasser verdunsten kann, was in geringeren Niederschlägen im Nahen Osten resul- tiert.

2. Bearbeitung der Proben

Die Proben LM 1 bis LM 16 lagen jeweils als Dünnschliff und als Tränkling vor. Die Dünnschliffe besitzen eine Dicke von 20 - 30 μm und werden für mikroskopische Untersuchungen verwendet, da sie bei dieser Dicke lichtdurchlässig sind und man einzelne Minerale gut erkennen kann.

Die Tränklinge (siehe Abb.2) sind in Epoxidharz imprägnierte Sedimentstreifen, die später mittels μ-XRF zur Gewinnung geochemischer Daten untersucht wurden. Da die Sedimentproben überlappend genommen wurden, ist es notwendig die ein- zelnen Proben anhand markanter Lagen zu korrelieren um somit ein lückenloses Se- dimentprofil ohne doppelt auftretende Abschnitte zu haben. Abbildung 3 zeigt die Korrelationslagen zweier aufeinanderfolgender Proben. Am unteren Ende von LM 6 wurde eine Lage K 6 definiert (links im Bild), die der Lage am Anfang von LM 7 (e- benfalls K 6, rechts im Bild) entspricht. Die Korrelationslagen wurden ebenso wie zwei bis drei Markerlagen (siehe Abb. 2, hier: M 6.1, M 6.2) pro Probe, die der besse- ren Orientierung dienen, in Zusammenarbeit mit dem Praktikant Daniel Knitter fest- gelegt.

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Abb.3: Korrelationslinie K 6 am Ende von Probe LM 6 (links) und am Anfang von Probe LM 7 (rechts). Beide Linien sind gleichen Alters. Die Bereiche un- ter K 6 im linken und über K 6 im rechten Bild sind Überlappungsbereiche.

3. Arbeitsmethoden

3.1 Mikroskopie

Insgesamt wurden 16 Dünnschliffe (LM 1 - LM 16) von jeweils etwa 11 cm Länge mit dem Polarisationsmikroskop untersucht. Das Mikroskop „ZEISS Axiophot“ besitzt zudem noch eine digitale Kamera, womit Fotos einzelner Abschnitt gemacht werden konnten. Dabei wurden für jeden Dünnschliff die Mächtigkeiten der einzelnen Sublagen bei zehnfacher Vergrößerung mit einer Genauigkeit von 50 μm aufgenommen. Eine helle Lage (Sommer) und die zeitlich darauf folgende, d.h. darü- berliegende, dunkle Lage (Winter) wurden jeweils als eine Warve, also als Ablagerung eines Jahres, ange- sprochen. Zur Differenzierung der einzelnen Sublagen diente neben der Farbe, vor allem die Korngrößenzusam- mensetzung. Während die dunklen Lagen Korngrößen vor allem im Silt- bis Feinsandbereich aufwiesen, wa ren die hellen Lagen nahezu frei von gröberen Komponenten (siehe Abb. 4). 5

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Abb.4: Feinkristalline, helle Sommerlagen werden jeweils von dunklen, detritischen Winterlagen abgeschlossen. Aufnahme bei 10facher Vergröße-rung und polarisiertem Licht. (Bildhöhe rund 2 mm)

Darüber hinaus konnten unter polarisiertem Licht aufgrund der Interferenzeigen- schaften und Kornform einzelne Minerale differenziert werden.

3.2 μ-XRF

Zur Gewinnung geochemischer Daten wurde eine Analyse der Tränklinge mit dem Mikro-Röntgenfluoreszenz-Spektrometer „EAGLE III BKA“ durchgeführt. Dabei wird die Probe mit Röntgenstrahlung bestrahlt. Diese Bestrahlung sorgt für eine Anregung der Elektronen, welche dadurch auf höhere Energieniveaus gelangen. Bei Rückkehr auf die ursprünglichen Energieniveaus entsteht Fluoreszenzstrahlung, welche in Art und Intensität gemessen wird. Dadurch ist die Identifikation einzelner Elemente und eine semiquantitative Konzentrationsbestimmung möglich. Das Gerät misst in „counts per second [cps]“. Es ist zu beachten dass Elemente mit hohen Ordnungs- zahlen aufgrund der größeren Anzahl von Elektronen gegenüber Elementen mit niedrigeren Ordnungszahlen bei gleicher Konzentration höhere [cps] haben. Magnesium (Ordnungszahl 12) würde bei gleichem Gehalt in mg/kg wie Strontium (Ordnungszahl 38) immer niedrigere Werte aufweisen, da durch die geringere Elektronenanzahl weniger Fluoreszenzstrahlung entstehen würde.

Die Proben LM 1 bis LM 16 wurden auf 12 Elemente hin untersucht: Calcium, Stron- tium, Magnesium, Kalium, Eisen, Mangan, Silizium, Aluminium, Titan, Schwefel, Phosphor und Chlor. Es wurde anhand einer vorher festgelegten Messlinie, die mög- lichst wenige Störungen aufweisen soll, im Abstand von 200 μm eine Messung vor- genommen. Die Messung ging dabei jeweils einige Millimeter über die Korrelationsli- nien hinaus um Überlappungsbereiche zu erhalten. Die Messung wurde durch einen Röntgenstrahl, der 250 μm Durchmesser besitzt, durchgeführt. Da die Größe des Strahls (Spotgröße) höher ist als die Schrittweite gibt es eine Überlappung der Mes- sungen, was zu einer gewissen Glättung der Ergebnisse führt. Die Messzeit betrug bei dieser (verhältnismäßig geringen) Auflösung rund 9,5 Tage. Für einen 3 cm langen Abschnitt von LM 2, der einen Übergang von geringen zu ho- hen Warvenmächtigkeiten markiert, wurde zusätzlich eine Messung mit höherer Auf- lösung vorgenommen. Hier betrug die Schrittweite 50 μm und die Spotgröße 54 μm. Die Messung dieser 3 cm nahm eine Zeit von rund 15,5 Stunden in Anspruch.

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