Klima und Stratigraphie in der nichtmarinen Unterkreide

Bisher existieren kaum Studien von Klimazyklen und wechselnden Paläo-Umweltbedingungen in nichtmarinen (kontinentalen) Archiven der mesozoischen Greenhouse- Erde, hauptsächlich mangels hochauflösender Strati- graphie und Korrelationen mit marinen Ablagerungen. Dieses Projekt verwendet die unterkretazische geolo- gische Aufzeichnung in Europa als Versuchsgebiet für eine Zusammenführung von Ostracodenbiostratigraphie, wechselnden Ostracodenvergesellschaftungen und Zyklostratigraphie (orbital/klimatisch gesteuerten Zyklen). Biostratigraphie mittels nichtmarinen Ostracoden im obersten Jura und der Unterkreide hat eine lange Tradition, insbesondere im Hinblick auf den sogenannten Purbeck-Wealden Intervall (spätestes Tithonium bis frühestes Aptium) in Europa und zeitgleichen Ablagerungen weltweit, war jedoch gleichzeitig stets mit erheblichen Problemen und Einschränkungen verbunden. Vor allem im überregionalen (interbasinalen) bis globalen Maßstab bleiben ernsthafte Versuche, entsprechende Ablagerungen zu korrelieren oder die durch sie dokumentierten Ereignisse zu datieren und chronologisch zu verknüpfen, problembehaftet ganz zu schweigen von Korrelatio- nen mit den marinen Standardprofilen. Nichtsdestotrotz sind Ostracoden zweifellos das am besten geeignete biostratigraphische und paläoökologische Werkzeug in Purbeck-Wealden-Abfolgen. Die offenkundig zyklischen Änderungen in nichtmarinen Ostracodenvergesellschaftungen des Wealden Südenglands (Faunizyklen von F.W. Anderson) werden in einer multidisziplinären Studie revidiert und die Ergebnisse mittels multivariater Statistik auf orbitale Zyklizitäten hin analysiert. Der Untersuchungsansatz ist vielfach: Biostratigraphie im über- regionalen bis globalen Kontext, Zyklostratigraphie mittels Ostracoden, lithologische Parameter und Sediment- Geochemie, stabile Isotopen-Geochemie sowie Magnetostratigraphie zur chronologischen Kontrolle. Ein ausgewählter Intervall des Lower Weald Clay des Weald Sub-basin wird hochauflösend neu beprobt. Untersuchungen an den Proben beinhalten die Zusammensetzung der Ostracodenvergesellschaftungen, stabile Sauerstoff- und Kohlenstoffisotope an Ostracodenschalen sowie TOC und XRF, magnetische Suszeptibilität, Gammalog und Lithologie des Sedimentgesteines. Die eingebundenen Daten werden statistisch auf Zyklizitäten hin analysiert (und mit Ergebnissen einer entsprechenden statistischen Auswertung von F.W. Andersons Faunizyklen verglichen). Die vorgeschlagene integrierte Methodik hat zum Ziel, Veränderungen der Faunenzusammensetzung mit Veränderungen der geochemischen und sedimentologischen Parameter über die Zeit zu korrelieren und Rückschlüsse auf die Kontrollfaktoren (Paläo-Umweltfaktoren) und deren Regulierungsmechanismen (Klimaveränderungen, orbitale Zyklen?) zu ermöglichen. Die grundlegende Heran- gehensweise ist, den Spieß umzudrehen indem die starke Faziesabhängikeit bisher zumeist als erheblicher Nachteil für die überregionale biostratigraphische Anwendbarkeit nichtmariner Ostracoden angesehen neu aus- gewertet und auf ihre Eignung für zyklostratigraphische Anwendungen untersucht wird. Die Kombination ver- schiedener Methoden und Datensätze erlaubt die kritische Bewertung ihrer Anwendbarkeit in unter-schiedlichen zeitlichen und geographischen Maßstäben. Diese Methoden können dann effizient in größerem Rahmen und für größere Datensätze angewendet werden. Das angestrebte Projekt ist eine Pionierstudie auf diesem Fachgebiet, ein wichtiger Beitrag zum Fortschritt auf dem Gebiet der Chemo- und Magnetostratigraphie des Englischen Wealden und der Beschaffenheit seiner Zyklen sowie klimatischer Veränderungen während der Unterkreide.

Die Alterseinstufung und Korrelation von Sedimentgesteinen - die Stratigraphie - ist eine grundlegende Disziplin in den geologischen Wissenschaften, denn diese sind im Kern historische Wissenschaften, deren Quellenmaterial die Gesteine darstellen. Um die erdgeschichtlichen Aufzeichnungen in Sedimenten in die korrekte zeitliche Reihenfolge zu bringen, werden das absolute Alter (Alter in Jahren), das nicht immer festgestellt werden kann, und das relative Alter (älter/jünger) von Schichten in Sedimentabfolgen benötigt. Ein neueres Werkzeug in diesem Zusammenhang ist die Zyklostratigraphie. Periodisch wiederkehrende ("zyklische"), natürliche globale Klimaveränderungen werden durch wechselnde Raten der auf die Erdoberfläche (Land und Meer) ankommenden Sonnenenergiemenge bestimmt. Diese Änderungen wiederum sind bedingt durch astrophysikalisch begründete Schwankungen von Parametern der Erdumlaufbahn. Solche periodischen Schwankungen ("Milanković-Zyklen", mit z.B. Zeitdauern von 100.000 oder 20.000 Jahren) können zyklische natürliche Klimaveränderungen in der Erdgeschichte erklären, die wiederum Änderungen geologischer Signale in der gleichen Frequenz verursachten: Änderungen der Sedimentzusammensetzung und der enthaltenen Fossilien sollten sowohl mit zyklischen Klimaveränderungen einhergehen als auch miteinander übereinstimmen - also mit den gleichen Milanković-Frequenzen auftreten, denn sie repräsentieren klimagesteuerte Veränderungen der Ablagerungs- und Ökosysteme der damaligen Zeit. Dieses Konzept wird bisher erfolgreich an marinen Ablagerungen angewendet, während es nur wenige Studien zu nichtmarinen Ablagerungen (z.B. von Flüssen und Seen) gibt. Das ist hauptsächlich in der Beschaffenheit nichtmariner Ablagerungen im Unterschied zu marinen begründet: die Ausdehnung ersterer ist meist lateral und vertikal begrenzt und diskontinuierlich. Das bedeutet, dass nichtmarine Ablagerungen diskontinuierliche, geographisch kleine Gebiete und geologisch "kurze" und oft lückenhafte Zeitintervalle repräsentieren. Weil die grundlegenden geologischen Bezugs-Zeitskalen zumeist auf marinen Ablagerungen und Fossilien basieren, nichtmarine Ablagerungen jedoch vollkommen andere Fossilien und andere sedimentologische Ereignisse überliefern, bleiben Korrelationen von marinen und nichtmarinen Ablagerungen schwierig. Deshalb ist die Qualität der Altersbestimmungen nichtmariner Ablagerungen oft unzureichend (zeitliche Auflösung und Vollständigkeit), genau wie die Eingliederung nichtmariner Ablagerungen in die marinen Standard-Zeitskalen. Die Überlieferung zyklischer Klimaveränderungen mit gleicher Periodizität sind jedoch sowohl in marinen als auch nichtmarinen Ablagerungen zu erwarten. Ziel dieses Projektes war es, einen Abschnitt aus einer namhaften nichtmarinen Abfolge (Wealden von England, Unterkreide, etwa 130 Millionen Jahre alt) auf solche Zyklen sowie deren Anwendungsmöglichkeiten für eine Verbesserung der Stratigraphie nichtmariner Ablagerungen (z.B. Altersbestimmung der "Wealden-Dinosaurier") zu untersuchen. Änderungen von Formengemeinschaften von Mikrofossilien (Ostrakoden) sowie verschiedener physikalischer und chemischer Sedimentgesteinsparameter wurden in hoher zeitlicher Auflösung ausgewertet und statistisch auf ihre Wechselbeziehung und Zyklen untersucht. Während die exakte numerische Altersbestimmung noch in weiteren Untersuchungen verbessert werden muss, zeigen die Ergebnisse, dass tatsächlich Milanković-Zyklen in dieser Abfolge überliefert zu sein scheinen. Daraus folgt, dass Klimaveränderungen die Zyklen verursachen und diese somit zyklostratigraphisch Anwendung finden können.