Paläoökologische Untersuchung der Oberen Süßwassermolasse der Bohrung Offingen

Inhalt

Zusammenfassung

1. Einleitung

2. Material & Methoden
2.1. Profilaufnahme
2.2. Probenaufbereitung & Schlämmen
2.3. Auslesen
2.4. Systematischer Teil
2.5. Isotopenanalyse

3. Ergebnisse
3.1. Profilaufnahme
3.2. Fossilinhalt
3.3. Systematische Beschreibung ausgewählter Arten
3.3.1. Otolithen
3.3.2. Gastropoda
3.3.3. Ostracoda
3.4. Taphonomie
3.5. Isotopenanalyse

4. Diskussion
4.1. Paläoökologische Interpretation
4.2. Interpretation der Isotopenanalyse
4.3. Stratigraphie

Literaturverzeichnis

Zusammenfassung

Der Übergang von OBM zu OSM ist nach wie vor diskutiert. Umso bemerkenswerter ist, dass der Aussüßungsvorgang anhand einer nur 40 cm mächtigen Bohrkernprobe nachvollzogen werden kann. In der folgenden Arbeit werden die Mikrofossilien des Bohrkerns Offingen der Teufe 38,95-39,35 m untersucht, um Information über das Alter und die Umweltbedingungen zu erhalten. Dies geschieht mittels einer sedimentologischen Profilaufnahme, einer Isotopenmessung von δ18O und δ13C, sowie einer paläoökologischen Interpretation und einer stratigraphischen Einordnung. Der siltige Mergel enthält 24 Taxa, die gemessenen δ18O-Werte reichen von -8,79‰ bis -0,55‰, die δ13C-Werte von -8,47‰ bis -3,97‰. Es handelt sich um einen periodisch überschwemmten Residualsee aus dem untersten Teil der OSM, dem Karpatium.

1. Einleitung

Die nachfolgenden Informationen wurden aus Doppler et al. (1996), Doppler et al. (2005) und Kuhlemann & Kempf (2002) zusammengestellt.

Im Zuge der alpidischen Orognese, also der Kontinent-Kontinent-Kollision zwischen der eurasischen Platte und Apulia vor rund 30 Ma, kam es zu einem flexurisostatischen Abbiegen der nördlichen Lithosphärenplatte und damit zu einem Absinken des nördlichen Vorlandbeckens. Das durch Subsidenz entstandene nordalpine Vorlandbecken, Molassebecken genannt, erstreckt sich von Österreich im Osten über Süddeutschland und die Schweiz bis nach Savoie, Frankreich im Westen. Es ist Teil der westlichen Paratethys, im Osten folgt die zentrale Paratethys. Aufgrund der tektonischen Hebung und Erosion kommt es zu radialen klastischem Eintrag in Form von Schuttfächern/Schüttungen aus den Alpen aus Süden, sowie untergeordndet vom Nordrand aus. Der Transport erfolgt dabei beckenachsial und radial durch alpine Schüttungen aus dem Süden, untergeordnet auch aus nördlicher Richtung. Die Sedimentation ist abhängig von eustatischen Meerespiegelschwankungen, dem Klima und vor allem tektonischen Prozessen, erfolgt ab dem späten Eozän/frühen Oligozän und dauert bis zum Ober-Miozän vor ca. 5 Ma an. Die Mächtigkeit der Beckenfüllung reicht von mehr als 4000 m proximal im Süden, bis zu einem distalen Auskeilen von wenigen Zehnermetern im Norden. Je nachdem ob Transgression oder Regression des Molassemeeres herrschte, werden marine oder limnisch-fluviatile Sedimente abgelagert. Daraus ergeben sich auch die vier folgenden lithostratigraphischen Einheiten, chronologisch mit der Ältesten beginnend: Untere Meeresmolasse (UMM), Unter Süßwassermolasse (USM), Obere Meeresmolasse (OMM), Obere Süßwassermolasse (OSM). Teile der UMM und USM sind von den Alpen überfahren und gefaltet worden, weshalb zwischen Subalpiner Molasse (=Faltenmolasse) und Vorlandmolasse unterschieden werden kann. Der Verzahnungsbereich bzw. Übergang von mariner zu terrestrischer Fazies wird Brackwassermolasse genannt. Die Untere Brackwassermolasse, die nordsüdlich etwa bei München verläuft, teilt das Molassebecken weiterhin in einen westlichen und einen östlichen Teil, der bereits der zentralen Paratethys angehört. Während im Osten das regredierende Meer bis zur erneuten Transgression der OMM bestehen bleibt, so ist der westliche Teil durch ein Flusssystem aus SW geprägt, weshalb die USM nur im Westen vorhanden ist. Danach kommt es zu der bereits erwähnten Transgression, die sowohl von Westen als auch von Osten erfolgt. Im mittleren Ottnangium kommt es am Nordrand nach einer neuerlichen Regression nach Westen zu einer Eintiefung und Erosion der OMM und teilweise USM durch den von NO nach SW fließenden Ur-Main und möglicherweise die Ur-Naab. In dieser 8-13 km breiten und 80 m tiefen Graupensandrinne (Reichenbacher et al. 1998) werden die karbonatfreien Graupensande der Grimmelfinger Schichten abgelagert, bevor das Molassemeer ein letztes Mal in die Graupensandrinne vorstößt und die überwiegend brackischen Kirchberger Schichten (OBM) entstehen. In der Folge kommt es zu einer Umkehr der Transportrichtung von Ost nach West aufgrund der tektonischen Hebung des östlichen Teils und zu der Ausbildung des Glimmersandstromnetzes, einem Flusssystem, das die OSM einläutet.

Die Bohrung Offingen wurde im Rahmen des europäischen Projektes „Informationsoffensive Oberflächennahe Geothermie“, unter der Leitung des Bayerischen Landesamtes für Umwelt, zwischen dem 23.08. und 04.10.2013 vorgenommen. Der 99,5 m mächtige Bohrkern wurde ca. 30 km nordöstlich der Typuslokalität der Kirchberger Schichten Illerkirchberg, flussabwärts der Donau, entnommen (TK 25, Blatt 7528 Burgau, R: 4377830 H: 5372063, Höhe: 479,5 m NN). Die Bohrung wurde also am Nordrand des Süddeutschen Molassebeckens im Gebiet der ehemaligen Graupensandrinne niedergebracht. Ziel der folgenden Arbeit ist es, anhand von vier Bohrkernproben und der darin befindlichen Fossilien, den Lebensraum zum Zeitpunkt der Ablagerungen zu rekonstruieren. Dies geschieht mittels paläoökologischer Interpretation, basierend auf der Faunenvergesellschaftung und der Lithologie, sowie Isotopenanalyse ausgewählter Fossilien. Des Weiteren erfolgt eine biostratigraphische Einordnung, die sich chronostratigraphisch korrelieren lässt. Da es keine scharfe Grenze zwischen den Kirchberger Schichten im Liegenden und der OSM im Hangenden gibt, kam es in der Vergangenheit des Öfteren zu Unklarheiten bezüglich der Abgrenzung. Diese Problematik wird auch in dieser Arbeit ersichtlich.

2. Material & Methoden

2.1. Profilaufnahme

Zu Beginn wird der Bohrkern in Form von 4 Einzelproben, aus den Teufen 38,95-39,00 m, 39,06-39,16 m, 39,16-39,26 m und 39,26-39,35 m stammend, sedimentologisch analysiert. Hierbei werden die Proben hinsichtlich der folgenden lithologischen Charakteristika beschrieben: Gesteinsart, Farbe, Festigkeit, Gefüge/Struktur und Fossilgehalt.

2.2. Probenaufbereitung & Schlämmen

Der erste Schritt besteht darin die Probe mit einem Hammer zu zerkleinern, damit sich die Probe später besser löst. Die Probenteile werden dann in einem Kunststoffbehälter mit Wasser und Wasserstoffperoxid (35% H2O2) in einem Verhältnis von 3:1 angesetzt. Die angesetzte Probe wird mindestens einen Tag stehen gelassen, bevor sie folgendermaßen geschlämmt wird: Ein Siebsatz bestehend aus 3 bzw. 4 Sieben verschiedener Maschenweiten wird turmförmig übereinander geschichtet, wobei sich das gröbste Sieb oben und das feinste Sieb ganz unten befindet. Die Siebe haben in diesem Fall Maschenweiten von 0,2, 0,4, 0,8 und 1,0 mm. Die gelöste Probe weist nun eine breiige Konsistenz auf und kann mittels Löffel auf dem Siebsatz aufgebracht werden, nachdem die überschüssige Lösung abgegossen wurde. Es wird nun solange mit Wasser durchgespült bis die Ton/Schlufffraktion entfernt ist und die Fossilien übrig bleiben. Die extrahierten Fossilien werden dann "rückwärtig" aus den Sieben in Schalen ausgespült. Es ist darauf zu achten das alle Behältnisse mit der Probenbezeichnung, dem Datum und der entsprechenden Siebgröße beschriftet werden. Nachdem man möglichst viel Wasser aus den Schalen entfernt hat, werden diese bei 40°C in einem Trockenschrank getrocknet.

Vor und nach dem Schlämmen werden die Siebe gründlich gereinigt. Da man allerdings nicht grundsätzlich davon ausgehen kann, dass nicht doch noch Fossilien aus einer vorherigen Probe im Sieb zurückbleiben, werden alle Siebe nach dem Schlämmen in Methylenblau eingelegt. Dadurch werden ältere Fossilien blau gefärbt und spätestens unter dem Binokular beim Auslesen ausfindig gemacht, sodass sie nicht fälschlicherweise unserer Probe zugeordnet werden können.

2.3. Auslesen

Die einzelnen in Papiertüten nach Maschenweite sortierten Fossilien werden nacheinander auf eine Ausleseschale gestreut und unter dem Mikroskop mit 10-40-facher Vergrößerung inspiziert. Die größeren Fraktionen, also 0,4 mm, 0,8 mm und, sofern vorhanden, 1,0 mm wurden dabei komplett ausgelesen. Lediglich die 0,2 mm Fraktion wurde nur teilweise ausgelesen, d.h. es wurden mehrere Stichproben sowohl von oben als auch aus dem Bodensatz entnommen und begutachtet. Die Schale enthält ein Raster, welches das Auslesen erleichtert. Man schaut nun Feld für Feld durch und versucht Fossilien zu finden, die gut erhalten und bestimmbar sind. Da ein Großteil nur Fragmente sind, muss das Auslesen mit äußerster Sorgfalt und Gewissenhaftigkeit erfolgen, um nach Möglichkeit nichts zu übersehen. Wird ein Fossil entdeckt, wird es mit einem feuchten Pinsel oder einer Pinzette entnommen und in einer Mikrozelle hinterlegt. Außerdem wird eine grobe Einteilung, z.B. die Bestimmung in Klasse, vorgenommen und die Mikrozellen dementsprechend beschriftet.

2.4. Systematischer Teil

Anhand von Literatur, in Form von taxonomischen Beschreibungen und vor allem Abbildungen werden die extrahierten Fossilien bestimmt. Die Ostracoden wurden mit Hilfe von Straub (1952), Reichenbacher (1989) und Witt (2000) bestimmt, die Gastropoden anhand von Schlickum (1966), Reichenbacher et al. (2004) und Reichenbacher (1989). Die Otolithen durch Reichenbacher (1993), Reichenbacher et al. (2004) und Jost et al. (2006). Die Fischzähne sind mittels Reichenbacher et al. (2004), Böhme (2010), Gaudant et al. (2002) und Sach et al. (2003) bestimmt worden.

Ausgesuchte Fossilien werden taxonomisch beschrieben, d.h. ihre charakteristische Morphologie. Außerdem wird die Variabilität dokumentiert, also die intraspezifischen Unterschiede. Von den beschriebenen Fossilien werden außerdem mit einem Fotomikroskop und einem Fotobearbeitungsprogramm Abbildungen erstellt.

2.5. Isotopenanalyse

Die ursprüngliche Isotopenverteilung entspricht der Isotopenzusammensetzung des Gewässers, sofern sich der Chemismus, z.B. infolge von diagenetischer Alteration zu der erhaltungsfähigeren Modifikation Calcit, nicht verändert hat. Um mögliche Verfälschungen vorzubeugen, kommen nur sehr gut erhaltene Exemplare infrage. Es wurden deshalb möglichst vollständige Fossilien ausgesucht, die einen Glanz (Otolithen) bzw. Farberhaltung (Gastropoden) und keine Spuren von Korrosion aufweisen. Es sind 5 Zellen verschickt worden, bestehend aus jeweils 3 Exemplaren von juvenilen Gobii, Bithynien und Gyraulus, sowie jeweils 2 Exemplaren von Paralebias weileri und Hemitrichas martinii. Die ausgewählten Fossilien stammen alle aus der Teufe 39,16-39,26 m und erschienen als besonders gut bzw. vollständig erhalten. Die Werte sind in Promille relativ zum Vienna Pee Dee Belemnite Standard angegeben.

3. Ergebnisse

3.1. Profilaufnahme

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abbildung 1 zeigt das lithologische Profil der vier Bohrkernproben.

Es handelt sich im Allgemeinen um einen siltigen, ungeschichteten, mäßig verfestigten Mergel. Makroskopisch konnten nur Änderungen den Fossilgehalt und die Gesteinsfarbe betreffend erkannt werden: Die Teufe 39,26-39,35 m schien fossilleer zu sein, farblich wies sie eine grau-grüne Farbe auf. Im Abschnitt 39,16-39,26 m war ein deutlicher Farbumschlag zu hellgrau sichtbar. Die Probe der Teufe 39,06-39,16 m hingegen zeichnete sich durch weniger Schalenreste und einen noch stärkeren Grünanteil, verglichen mit der untersten Probe, aus. Der oberste Teil der Teufe 38,95-39,00 m, enthielt viele, z.T. sehr große Schalenreste und besteht aus mittelgrauem, stärker verfestigten Material. Mikroskopisch konnte vor allem das makroskopisch festgestellte Fehlen jedweder Fossilien in der tiefsten Teufe bestätigt werden. Auffällig waren in dieser Probe außerdem die zahlreichen nicht aufgelösten, calcitischen Konkretionen. Die Proben der Teufe 38,95-39,00 m und 39,16-39,26 m enthalten in etwa gleich viel geschlämmtes fossiles Material, verhältnismäßig enthält die oberste Probe allerdings die meisten Fossilreste, da sie nur halb so viel Sediment beinhaltet. Die Probe der Teufe 39,06-39,16 besitzt deutlich weniger Fossilien. Es sei angemerkt, dass die Farbunterschiede der Proben nicht so stark variieren und die Grenzen nicht so scharf sind, wie in der Abbildung zur besseren Visualisierung dargestellt.

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Abb. 1: Lithologisches Profil der Bohrung Offingen der Teufe 38,95-39,35 m

3.2. Fossilinhalt

Die folgende Tabelle (Tab. 1) zeigt den Fossilinhalt der einzelnen Teufen. Schalenreste und Gehäuse von Gastropoden sind dabei am häufigsten, gefolgt von Fischresten (Otolithen, Zähne und Knochen). Charophyten und Ostracoden hingegen kommen nur vereinzelt vor.

Tabelle. 1: Bestimmte Fossilien der Bohrung Offingen

Abbildung in dieser Leseprobe nicht enthalten

Als schwierig erwies sich die Bestimmung der Gastropoden aufgrund der steten Versehrtheit, im Besonderen die sich ähnelnden Schlammschnecken Stagnicola armaniacensis und Radix socialis dilatata. Radix socialis dilatata besitzt eine Windung mehr, die sehr breit ist und 2/3 des Gehäuses ausmacht. Es wäre also durchaus möglich, dass einige juvenile oder fragmentierte Exemplare fälschlicherweise als Stagnicola armaniacensis bestimmt worden sind, obwohl es sich vielmehr um Radix mit fehlender Endwindung handelt. Gesichert ist damit nur die Zugehörigkeit zur Familie der Lymnaeidae. Weiterhin sei angemerkt, dass der ältere und mehrheitlich vorkommende Gattungsname Radix verwendet wurde, auch wenn in einigen jüngeren Arbeiten (z.B. Binder 2004) das Synonym Lymnea benutzt wird. Die bei Binder (2004) abgebildete Lymnaea besitzt allerdings 5 Windungen und unterscheidet sich deutlich von älteren Abbildungen. Viel ähnlicher ist hingegen die abgebildete Galba sp., die ebenfalls zu den Lymnaeiden gehört.

Die Zähne konnten nur in wenigen Fällen bestimmt werden. Gesichert sind nur einige Schlundzähne der Cypriniden (Karpfenfische) Palaeocarassius sp., Palaeoleuciscus sp. und Barbus sp. Bei einigen größeren, spitzen und gebogenen Zähnen könnte es sich um das Krokodil Diplocynodon handeln. Sie sind allerdings ausgesprochen klein, ähnlich wie bei Böhme (2010) beschrieben und dürften deshalb einem sehr jungen Tier angehört haben.

Die selten vorhandenen, kleinen und fragmentierten Muschelschalen könnten teilweise Ferrissia sp. angehören.

Probleme bereitete auch die Unterscheidung der sympatrischen Arten der Gattung Gobius, vorwiegend aufgrund der geringen Größe und damit schlecht ausgebildeten morphologischen Merkmale. Nach allgemeingültiger Definition lägen keine adulte Stadien (>2mm) von Sagitten vor. Allerdings ist dieses Phänomen bekannt und ist auf eine Verkleinerung der ursprünglich marin-euryhalinen Gattung infolge von Aussüßung zurückzuführen (vgl. „Kümmerform“ Reichenbacher & Schwarz 1990).

[...]