Klimageschichte des Quartärs mit Fokus auf die Nordwestschweiz

Transkript

1 Klimageschichte des Quartärs mit Fokus auf die Nordwestschweiz Exkursion vom zu prähistorischen Fundstellen bei Liesberg im Birstal Tatort Vergangenheit Daniela Hager (dipl.phil.nat.)

2 Forschungsgeschichte und heutiger Wissensstand A. Penck und E. Brückner erbringen 191/9 Nachweis der vier bekannten Eiszeiten : Würm, Riss, Mindel, Günz Schon bald wurde bekannt, dass es noch mehr "Eiszeiten" (Glaziale) gab. Für die Schweizer Alpen lassen sich geologisch mindestens 15 unabhängige Vergletscherungen belegen (Schlüchter 24). Innerhalb eines Glazials gibt es zahlreiche "Interstadiale" einerseits und mehrere Gletschervorstösse ("Stadiale") andererseits. Aus Tiefseesedimenten sind für die letzte Million Jahre 28 Kalt- und Warmzeiten bekannt (Lisiecki / Raymo 25, für 57 Bohrkerne). Hinzugekommen sind Klimaarchive wie Eisbohrkerne (Grönland und Antarktis) Sedimente aus Süsswasserseen (Warven) und Schelfmeeren (mit terrestrischen Einträgen) Archive der Pflanzenwelt: Pollen und pflanzliche Makroreste in Mooren und Schieferkohlen Tierknochen einer "Kaltfauna" oder "Waldfauna", Schalen von Coleopteren (Käfern) und Mollusken (Schnecken und Muscheln) Naturwissenschaftliche Datierungsmethoden (Radiokarbon ( 14 C) mit Kalibrierung, Uranreihen, Thermolumineszenz (TL), Optisch stimulierte Lumineszenz (OSL), Oberflächenexpositionsdatierung mittels kosmogener Nuklide)

3 Kalt- und Warmzeiten Während Kaltzeiten wachsen Gletscher und der Meeresspiegel sinkt. Den Meeren werden Wassermengen entzogen und als Inlandeis gespeichert. Während dem letzten Eiszeitmaximum lag der weltweite Meeresspiegel rund 13 m tiefer als heute (Klostermann 1999). Während Warmzeiten kommt es zu einem Abschmelzen der Gletscher mit einem globalen Meeresspiegelanstieg. Während der letzten Warmzeit vor 126' bis 11' Jahren dürfte die Julitemperatur im Optimum um 2 C wärmer gewesen sein (Zagwyn 1999). Zu Beginn lag der Meeresspiegel um 3-5 m höher als heute (Cuffey / Marshall 2). Es gibt verschiedene Einflussfaktoren für die langfristigen Klimaverhältnisse der letzten 2,5 Mio. Jahre (und damit der Vegetation und Fauna): 1. Unterschiedliche Stellung der Erde zur Sonne und damit Schwankungen der Sonneneinstrahlung (Milankovitch-Zyklen). 2. Verteilung der Kontinente vorwiegend auf der nördlichen Halbkugel, 3. Thermohaline Ozeanzirkulation und deren Unterbrechungen (kaltes Süsswasser im Nordatlantik) 4. Für Vegetation und Fauna: Topografie, Hydrologie, regionale Faktoren 5. Heute auch anthropogene (von Menschen bewirkten) Faktoren

4 Würm / Riss / Mindel / Günz mit W-Moränen / R-Moränen / Altmoränen w-schotter / r-schotter / m-schotter / g-schotter (Penck / Brückner 192/9)

5 Quartärgeologie der Nordwestschweiz geprägt durch Niederterrassenschotter Würm-Schotter (Penck & Brückner 192/9) => Hochglazial, Spätglazial, Postglazial Hochterrassenschotter Riss-Schotter (Penck & Brückner 192/9) => MIS 1, 8 und/oder 6 > 35' y? (Wolf et al. 26) unter Paläoböden aus MIS 7 (Wolf et al. 26; Rentzel et al. einger.), also MIS 8? Jüngerer Deckenschotter Mindel-Schotter (Penck & Brückner 192/9) vermutlich Alt- und frühes Mittelpleistozän (Preusser / Schlüchter 28), in Allschwil-Ziegelei invers magnetisiert, also >78' (Zollinger 1991) Älterer Deckenschotter(?) Günz-Schotter (Penck & Brückner 192/9) 2,3-1,8 Mio. Jahre aufgrund Kleinsäuger (Bollinger et al. 1993) 5 Ablagerungsphasen, getrennt durch 4 Warmzeiten (Graf 1993) Lössdecken Moränen früherer Vergletscherung (Möhlin) Holozänzeitliche Terrassenfelder (Hantke 1978)

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9 Die Nordwestschweiz während der letzten maximalen Vergletscherung Maximum vor ca. 22 Jahren (Periglazial, Vergletscherungen im Alpenvorland 3 2 ka) Rhonegletscher bis Wangen an der Aare. Ajoie / Rheingraben von Feinstaubsedimenten (Löss) bedeckt. Die Nordwestschweiz blieb während der letzten maximalen Vergletscherung (LGM) eisfrei. Liesberg

10 In Tiefseesedimenten sind zahlreiche Kalt- und Warmzeiten archiviert (Marine Isotopenstadien MIS) Quartär Mittelpleistozän Altpleistozän 5.5 Tiefseesedimente Benthisches δ 18 O Jungpleistozän Tiefseesedimente Benthisches δ 18 O MIS Sonneneinstrahlung 65 N Juli Holozän 5 Tiefseesedimente Benthisches δ 18 O Letztes Eiszeitmaximum (LGM) 3 MIS Mio. Jahre Mio. Jahre 1 Jahre Jahre Jahre 75 Jungpleistozän 4 5a 75 1 Jahre Tertiär b 5c 5d Mittelpleistozän Letzte Warmzeit 5e Wm-2 Datenquelle für Tiefseesedimente: Lisiecki, L. E., and M. E. Raymo (25), A Pliocene-Pleistocene stack of 57 globally distributed benthic d18o records, Paleoceanography,2, PA13, doi:1.129/24pa171. 1/2

11 Eisbohrkerne aus Grönland bis zu 2 m lange Bohrkerne hochpräzises Klimaarchiv für das Würm (1-3 cm Eisablagerung pro Jahr) zumindest für hohe Breitengrade

12 In feinauflöslichen Eisbohrkernen aus Grönland sind zahlreiche Interstadiale (IS) während der Würm-Eiszeit registriert 1 Jahre Holozän Jungpleistozän 5 Tiefseesedimente Benthisches δ 18 O Letztes Eiszeitmaximum (LGM) 3 MIS a 5b Jahre Nord-Grönland Eiskern (NGRIP) δ 18 O atm (o/oo) ss9sea H1 H5 YD IS Bölling- Alleröd c d Letzte Warmzeit 5e /2

13 Arktische Kältewüste: Permafrost, Frostschutt oder baumfreie Tundra (nördlich/oberhalb der Baumgrenze) Rekonstruktion um Luzern ~Analogon für Hochglazial Sólheimajökull, southern Iceland. Photo: Ólafur Ingólfsson 24

14 Subarktische Vegetation (baumlose / baumarme Tundra) Analogon für Landschaften des Magdalénien (Älteste Dryas bis ~Bölling)

15 Borealer Nadelwald (Taiga) Analogon für Landschaften während dem Alleröd (~Spätpaläolithikum) Mont Bégo, D. Hager Nord-Skandinavien, boreale Zone, D. Hager Nord-Skandinavien, boreale Zone, S. Jacomet

16 Jüngere Dryas (YD) Klimarückschlag während rund 13 Jahren (zwischen 12,9 und 11,6 kjahren) Föhren- und Birkenwälder werden lichter. Sommertemperaturen fallen von C (Al) auf 9-1 C. (Lotter et al. 2) Gletscher wachsen (Egesen-Stadial) Vegetation des Mesolithikums Sommergrüner Laubwald mit Spätglaziale Stadiale in den Bündner Alpen (Ivy-Ochs et al. 28, Fig. 5, nach Maisch 1992; Maisch et al. 1999) Wahrscheinliche Ursache: Störung der thermohalinen Ozeanzirkulation (Zufuhr von kaltem Süsswasser in Nordatlantik)

17 Die Vegetationsbedeckung in den letzten 15 Jahre im Alpenvorland korreliert mit Tiefsee-Sauerstoffisotopenstratigrafie δ 18 O (Proxy für Globales Eisvolumen/relativer Meeresspiegel, resp. Temperatur) und mit Schwankungen der Einstrahlung (Insolation) (Preusser 24)

18 Fauna des Jungpleistozäns Warmzeit Mammute Wollnashörner Steppenpferde Rentiere Alken Robben Ubiquisten Ubiquisten Kaltzeit Waldelefanten Mercksche Nashörner Flusspferde Wasserbüffel Hirsche (tendenziell) und andere standorttreue Tiere Wildschweine Schildkröten Höhlenbär Höhlenlöwe Höhlenhyäne (nach von Koenigswald 22, Abb. 176)

19 Liesberg- Schlot bei Liesberg- Liesbergmühle VI mühle und Grotte Höhle östlich Grubenbalm Hirsche (37,7%) Ren fehlt Wildschweine (14,6%) Steinbock Gämse Auerochse zahlreiche Fischknochen warmzeitlich Holozän Höhlenhyäne Höhlenbär Steinbock grosser Bovid (Auerochs oder Bison) Ren Ubiquisten (ausser Ren) "Alte Fauna" (Höhlenhyänen und Höhlenbären starben vor Hochglazial aus.) Würm Interstadial? Schneehasen Steinbock Wolf Bison priscus Rütim. Fuchs Höhlenbär Ren Rothirsch keine Fauna einer Warmzeit Würm Stadial