Stabile Isotopen und Umweltparameter im ostalpinen Miozän

Forschungsprojekt P 14366Stabile Isotopen und Umweltparameter im ostalpinen MiozänWerner PILLER09.10.2000 Im ostalpinen Raum kam es im Laufe des Miozän zu dramatischen Veränderungen in der Zusammensetzung von Fossilvergesellschaftungen (Bioevents). Diese Änderungen fallen mit einschneidenden Umweltveränderungen zusammen, die als eine der Hauptgründe für die biotischen Änderungen angesehen werden. Umweltveränderungen lassen sich an Fossilien nur indirekt nachweisen. Eine Möglichkeit über die Anwendung physikalisch/chemischer Methoden zusätzliche Daten zu bekommen liegt in der Untersuchung der Zusammensetzung von stabilen Isotopen an fossilem Skelettmaterial. Dafür eignen sich die stabilen Isotope von Sauerstoff (180/160) und Kohlenstoff (13C/12C), von denen auf Salinität, Temperatur, Sauerstoffgehalt, Anteil von organischem Material und auf die Differenzierung von verschiedenen Wasserkörpern geschlossen werden kann. Innerhalb des Projektes sollen in erster Linie Gehäuse von Foraminiferen aber auch ausgewählte Skelettteile von Echiniden untersucht werden. Bei Foraminiferen ist die Methode der stabilen Isotopie sehr gut etabliert. Die Qualitift der Isotopendaten bei Echiniden ist hingegen noch umstritten. Im vorliegenden Projekt sollen deshalb die Isotopendaten der Echiniden mit jenen von Foraminiferen verglichen und evaluiert werden. Um den langen Zeitraum des untersuchten Abschnittes des Miozäns (ca. 9 Millionen Jahre) einigermaßen gut abdecken zu können, wurden 8 Zeitebenen ausgewählt: Frühes und Spätes Eggenburgium, Ottnangium, Karpatium, Frühes, Mittleres, Spätes Badenium, Mittleres Sarmatium. Aus diesen Zeitscheiben sollen sowohl flachmarine als auch Bereiche tieferen Wassers untersucht werden. Ein Hauptziel des Projektes ist die Erstellung einer relativ kontinuierlichen Sauerstoffisotopenkurve für den untersuchten Abschnitt des ostalpinen Miozäns. Die Ergebnisse aus diesem Projekt sollen innerhalb des Projektbündels Änderungen von miozänen Ökosystemen in den Ostalpen und ihre geodynamischen Hintergründe" mit den paldökologischen Ergebnissen aus verschiedenen Fossilgruppen (Foraminiferen, Ostrakoden, Mollusken, Bryozoen, Echiniden, Blätter, Früchte und Samen, Pollen und Sporen) zusammengeführt werden. Diese Ergebnisse sollen mit den Daten über geodynamische Prozesse in diesem Zeitbereich verglichen werden, die aus geomagnetischen Untersuchungen und aus der Untersuchung synsedimentdrer Tektonik innerhalb des Projektbündels durchgeführt werden sollen. Daraus soll auf die Auswirkungen dieser Parameter auf die Veränderungen der verschiedenen Ökosysteme im Miozän geschlossen werden.

Das Miozän - ca. 23 - 5 Millionen Jahre vor heute (Ma) - ist ein Abschnitt der Erdgeschichte, der durch globale Klimaänderungen und damit einhergehende Änderungen der Umwelt ausgezeichnet ist. Im ostalpinen Raum wurden diese globalen Veränderungen noch zusätzlich durch tektonische Vorgänge beeinflusst (z. B. Heraushebung der Alpen, Bildung von Becken am Alpenostrand). Das Alpenvorland, sowie das Wiener und das Steirische Becken als Teile des Pannonischen Beckensystems waren in jener Periode von einem Meer bedeckt, das ab etwa 11,5 Ma zu einem großen See wurde und schließlich austrocknete. Dieses Meer, die Zentrale Paratethys, und dessen Bewohner spiegeln diese Umweltveränderungen im untersuchten Zeitraum wider. Umweltparameter können in der Vergangenheit aber nicht mehr direkt gemessen werden. Rekonstruieren kann man sie einerseits durch den Vergleich von ökologischen Ansprüchen von Fossilien mit jenen heute lebender Verwandten, andererseits stellen die Schalen von Fossilien (z. B. Schnecken und Muscheln) ein Archiv für Umweltparameter dar. Im vorliegenden Projekt wurden stabile Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope untersucht, die direkte Rückschlüsse auf z. B. Temperatur und Salzgehalt des Wassers, aber auch auf die Nahrung dieser Tiere zulassen. Mit Hilfe dieser Untersuchungen konnte klar gezeigt werden, dass im älteren untersuchten Zeitabschnitt (Eggenburgium; 20,5 - 18 Ma) in unserem Raum ein warm-gemäßigtes Klima geherrscht hat. Anschließend kam es zu einer kurzen Klimaverschlechterung (Ottnangium; 18-17 Ma), um dann in ein Klimaoptimum mit subtropischropischem Klima zu münden (Karpatium - Badenium; 17 - 13 Ma). Während der letztgenannten Periode kam es zur Bildung von Korallenriffen und den damit verbundenen tropisch/subtropischen Ökosystemen. Für den nachfolgenden Zeitabschnitt (Sarmatium; 13 - 11,5 Ma) wurde bisher immer angenommen, dass das Meer kontinuierlich an Salzgehalt abnahm. Die vorliegenden Projektergebnisse konnten diese Meinung aber widerlegen. Das Paratethys- Meer wurde im Sarmatium nicht allmählich ausgesüßt, sondern es herrschten bis zum Ende dieser Zeitspanne marine Verhältnisse mit manchmal sogar erhöhtem Salzgehalt vor. Erst danach wandelte sich das Meer in den Pannonischen See. Als wesentliche Steuerungsfaktoren für das Klima konnten auch im Bereich der Ostalpen zyklische Änderungen der Erdbahnparameter (Abstand zur Sonne, sowie Bewegung und Winkel der Erdachse) nachgewiesen werden. Diese Änderungen konnten erstmals auch im Ostalpenraum für die Altersbestimmung der Gesteine herangezogen werden.