Miozäne hochfrequente Vegetations &-Klima Variabilität

Das Erkennen von hochfrequenten Mustern und Zyklen in sedimentären und paläontologischen Befunden, sowie deren Kalibrierung mit astronomischen Zyklen, haben bedeutend zum besseren Verständnis der Klimaentwicklung beigetragen. Bohrungen und geophysikalische Datenreihen aus dem Pannonischen Becken belegten bereits den Einfluss der 100-kyr und 400-kyr Exzentrizitätszyklen auf die Sedimentationsgeschichte (Juhsz et al. 1999; Hohenegger et al. 2007; Harzhauser et al., 2004). Präzessionszyklen dürften das benthische Leben im Pannon See beeinflusst haben und erlaubten den Pionier-Taxa das periodische Vordringen in tiefere Bereiche des Sees (Harzhauser und Mandic, 2004). In den letzten Jahren konnten sogar diverse, von Glazialeffekten unabhängige, Sub-Milankovitch Signale in neogenen Seesedimenten nachgewiesen werden: Kloosterboer-van Hoeve et al. (2006) dokumentierten ~10, ~2,5 and ~1,5 kyr Periodizitäten, die auf periodische Variationen der Solaraktivität rückführbar sind, in frühpliozänen Pollenspektren Griechenlands. Multi-dekadische und centenniale Variabilität der Gleissberg- (~80, 140-110 yr) and Suess- (~250-200 yr) Zyklen der Solaraktivität modulierten die Sedimentation in einem pleistozänen Maarsee in Südafrika (Garcin et al., 2006) und in einem pleitozänen bis holozänen Moor in New Mexico (Jiménez-Moreno et al., 2008). Sogar Schwabe Zyklen (10-12 yr) innerhalb der Sonnenaktivität konnten in holozänen Seesedimenten erkannt werden (Theissen et al., 2008). Derartige Sub-Milankovitch Zyklen sind jedoch bisher aus miozänen Ablagerungen undokumentiert. Um dieser Fragestellung nachzugehen, werden 4 Bohrkerne untersucht, die die miozänen Zeitscheiben um 11,0, 10,4, 9,8 und 8,8 Millionen Jahren repräsentieren. Alle Kerne befinden sich im Wiener Becken, um die geographische Komponente bei den unterschiedlichen Pollenspektren in den Kernen zu minimieren. Zunächst werden Pollen und Dinoflagellaten in einer höchstauflösenden Probendichte untersucht (eine Probe pro cm). Geochemische Analysen (Carbonatgehalt, total carbon, total organic carbon TOC, Schwefel) und geophysikalische Messungen (magnetische Suszebtibilität, natürliche Gammastrahlung) werden diese Daten ergänzen. Dadurch sollen Schwankungen der Vegetation, der Oberflächenwasserproduktivität und der Entwässerung erkannt werden. Diese hochfrequenten Änderungen werden in Hinblick auf Schwankungen der Insolation analysiert, um die klimatische Variabilität im späten Miozän zu erfassen. Darüber hinaus umspannen die gewählten Kerne eine Zeit, die aufgrund der Umbrüche in den Säugetiervergesellschaftungen als Vallesische Krise bezeichnet wird. In dieser Phase werden die Feuchtgebiete Europas allmählich durch offenere Landschaftstypen ersetzt. Ein vertieftes Verständnis des Klimageschehens könnte zu einer Neubewertung dieses entscheidenden Umbruchs führen.

Der Schwerpunkt des Projektes war die Beschreibung von Umweltänderungen und Klimaschwankungen während des Miozäns mit einer zeitlichen Auflösung von Jahrzehnten bis zu Jahrtausenden. Das Erkennen von hochfrequenten Klimaschwankungen anhand von Proxydaten und das Erfassen ihres Einflusses auf die verschiedenen Paläoökosysteme ermöglicht ein tieferes Verständnis des Klima Systems der Erde. In der hier entwickelten Methode wird versucht Zyklizitäten im geologischen Befund in mehreren Proxys nachzuweisen und deren Frequenzmuster zu ermitteln. Mithilfe einer best-fit Anpassung werden diese mit bekannten Sub-Milankovitch Zyklen ähnlicher Frequenz verglichen. Im Idealfall reflektieren diese Frequenzmuster die Einflüsse des unteren und oberen Gleissberg-Zyklus (~5080 und ~90140 Jahre), des de Vries/Suess-Zyklus (~200-210 Jahre), des ~500-Jahr-Zyklus, des ~1000-Jahr-Zyklus und des Hallsatt-Zyklus (~2400 Jahre) neben anderen. Das Vorhandensein derartiger repetitiver Frequenzmuster in geologischen Archiven ist somit ein guter Hinweis auf den Einfluss von Solarzyklen und erlaubt eine Abschätzung der Sedimentationsraten. Jede der untersuchten Lokalitäten repräsentiert unterschiedliche Ablagerungsbedingungen (ästuarin, lagunär lakustrin, küstenfern lakustrin) sowie verschiedene Klimabedingungen (mittelmiozänes Klimaoptimum, frühtortone Warmphase, mitteltortone Transition). Dennoch zeigen alle deutliche Änderungen in der Vegetation, der Oberflächenproduktivität, den Bodenbedingungen, der Salinität und dem Sedimenteintrag, in einer Auflösung von Jahrzehnten und wenigen Jahrhunderten. Diese Schwankungen stehen im Zusammenhang mit einem geringen Klimaänderungen. Bei den See-Studien sind dies die Niederschlagsmenge und/oder die Windrichtungen, während eine Präzessionszyklus-gesteuerte Meeresspiegelschwankung die Umweltbedingungen im Ästuar beeinflusste. Bei keiner der Studien konnten die Temperaturschwankungen als treibende Kraft erkannt werden, da diese im Rahmen solch kurzer Zeitspannen stabilerer zu sein scheint als der Niederschlag. Ein interessanter Punkt ist der Nachweis eines sehr prominenten 1500-Jahr-Zyklus. Dieser steht nicht direkt mit Solarzyklen in Verbindung und ist noch schlecht verstanden. Die Präsenz in zahlrechen Proxys und seine Modulation von höherfrequenten Zyklen erweist diesen Zyklus aber als wesentlichen Faktor für die Umweltbedingungen. Die beobachteten Muster entsprechen jenen vergleichbarer Holozän-Studien. Somit konnte das große Potential von hoch-auflösenden Studien außerhalb des 14C-Messbereiches als Methode zur Ermittlung von prä-pleistozänen Paläoumwelt- und Paläoklima-Schwankungen mit einer Auflösung von Dekaden gezeigt werden.