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Bestimmung von Meeresspiegel- Schwankungen mit fossilen Korallen (Bodo Werner)

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Präsentation zum Thema: "Bestimmung von Meeresspiegel- Schwankungen mit fossilen Korallen (Bodo Werner)"—  Präsentation transkript:

1 Bestimmung von Meeresspiegel- Schwankungen mit fossilen Korallen (Bodo Werner)

2 Gliederung Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba 1.Motivation O-Methode 1.Milankovitch-Theorie 3.Fossile Korallen 4.Ergebnisse / Ausblick 3.1 Th / U - Methode 3.2 Barbados 3.3 Aqaba (Jordanien) Inhalt:

3 1. Motivation Warum Paläoklimarekonstruktion? -Schmelzen der Polkappen -Globale Erwärmung -Anthropogener Klimawandel -Klimakatastrophen -… Ziele: -Überprüfung von Klimamodellen -Erstellen von Randbedingungen für Modellrechnungen -Einschätzung des anthropogenen Faktors auf das Klima natürliche Klima-Schwankungen müssen bekannt sein Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

4 1. Motivation Wodurch wird der Meeresspiegel beeinflusst? Warmzeiten: Meeresspiegel hoch Kaltzeiten: Meeresspiegel tief Meeresspiegel als globaler Klimaindikator Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

5 Stabile Isotope des Sauerstoffs: 16 O = normaler Sauerstoff (99.8 %) 18 O = schwerer Sauerstoff (0.2%) schwere Isotope - mehr Energie nötig - haben höhere Bindungsenergien Beispiel Wasser (H 2 O): H 2 16 O verdampft leichter als H 2 18 O H 2 18 O kondensiert leichter als H 2 16 O O-Methode Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

6 2. 18 O-Methode 18 O [] 18 O-Variationen werden in den Calciumcarbonat(CaCO 3 )- Schalen von Foraminiferen gespeichert Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba MIS: Marines Isotopen Stadium

7 2.1 Milankovitch - Theorie Die Insolationskurve bei 65° Nord Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba Kühlere Sommertemperaturen in hohen nördlichen Breiten führen zum Wachstum kontinentaler Eisschilde.

8 2.1 Milankovitch - Theorie Milankovitch-Theorie: Kühlere Sommertemperaturen in hohen nördlichen Breiten führen zum Wachstum kontinentaler Eisschilde. Datierung von Tiefseebohrkernen basiert hauptsächlich auf der Milankovitch-Theorie. Matchen der Maxima (orbital/astronomical tuning) Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

9 2. 18 O-Methode Veröffentlichungen: Sehr große Unterschiede! Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

10 - 18 O-Gehalt in Foraminiferen wird auch von der Temperatur beeinflusst (-0.23 / °C) -Datierung basiert rein auf der Milankovitch-Theorie ( orbital tuning) Kritik an Milankovitch-Theorie: nicht ausreichend - Nur relative Meeresspiegelhöhe -Isotopenverhältnis im Ozean nicht unbedingt homogen Achtung: O-Methode Absolute Messmethoden notwendig (z.B. fossile Korallen) … vor allem zum Testen der Milankovitch-Theorie Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

11 3. Fossile Korallen Fossiles Korallenriff Lebendes Korallenriff Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

12 3. Fossile Korallen Korallenwachstum hängt ab von: -Lichteinfall -Wellenenergie -Wassertemperatur Acropora palmata: ~5m unter Wasseroberfläche sehr gut geeignet zur Meeresspiegelbestimmung Riffentwicklung bei stabilen tektonischen Verhältnissen Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba Schellmann & Radtke, 2004

13 3. Fossile Korallen L = E – R x T L: Paläo-Meeresspiegel [m] E. aktuelle Höhe der Terrasse [m] R: mittlere Hebungsrate [m/kyr] T: Alter der Terrasse [kyr] Mit tektonischer Hebung: Bei Barbados (West Indies) schiebt sich die Nordamerikanische Platte unter die Atlantische Platte Clermont Nose Traverse, Barbados (nach Mesolella, 1968) Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

14 3.1 Th/U- Datierungsmethode Vereinfacht: Annahmen/Voraussetzungen: - Uran: unter natürlichen Bedingungen wasserlöslich -Thorium: sehr partikelreaktiv und daher wasserunlöslich Bei Bildung der Koralle wird nur Uran eingelagert, d.h. Anfangsbedingung: Kein Thorium zum Zeitpunkt N( 230 Th(t=0))=0 Koralle ist ein geschlossenes System für Uran und Thorium Daraus resultierende DGLs : N i : Anzahl der Atome i = ln 2 / T 1/2 : Zerfallskonstante [1/y] Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

15 3.1 Th/U- Datierungsmethode Zwei Uhren: mit 230 Th(t=0) = 0 und 234 bzw. 230 >> 238 Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

16 3.2 Fossile Korallen Barbados Meerwasser und rezente Korallen: ( 234 U/ 238 U) = 1.15 Entwicklung der Aktivitätsverhältnisse mit ( 234 U / 238 U) 0 = 1.15 Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba seawater evolution curve

17 3.2 Fossile Korallen Barbados Mögliche Ursache: ( 234 U / 238 U) des Meerwassers hat sich signifikant geändert -Modellrechnungen: starke und langanhaltende Variationen des ( 234 U / 238 U) der großen Flüsse notwendig -Th/U-Datierung mariner Sedimente: ( 234 U / 238 U) 0 = 1.15 ± während der letzten 360 ka -Korallen von einer Terrasse sollten den gleichen Wert ergeben Korallen stellen kein geschlossenes System für Uran und Thorium dar. Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

18 3.2 Fossile Korallen Barbados Lösungsansätze: -Identifikation gestörter Korallen mit mineralogischen Kriterien. Auch scheinbar ungestörte Korallen zeigen erhöhte initiale ( 234 U/ 238 U) Aktivitätsverhältnisse. -Entwicklung von Modellszenarien. Bisheriges Verfahren: -Nur Alter mit ( 234 U/ 238 U) 0 = 1.15 ± werden als glaubwürdig angesehen Die Effekte, die erhöhte initiale ( 234 U/ 238 U) Aktivitätsverhältnisse produzieren sind unbekannt. Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

19 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Geografische Lage der Proben Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

20 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Terrasse 1: 4 – 5 m über Meeresspiegel Terrasse 2: 7 –10 m über Meeresspiegel Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

21 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Messergebnisse Th/U-Alter: – ka Nach bisherigen Kriterien wäre keines dieser Alter glaubwürdig! Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

22 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Alter verschiedener Stücke einer Koralle stark linear korreliert (R>0,99)! Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

23 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) wahres Alter ? Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

24 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Szenario mit Kombination aus nachträglicher Uranaufnahme und –verlust: Das während dem Wachstum eingelagerte Uran verhält sich wie in einem geschlossenem System Alle Korallenteile lagern nachträglich Uran mit hohem 234 U–Wert (>1.15) ein 234 U gleich für verschiedene Teile einer Koralle Verschiedene Teile einer Koralle lagern nachträglich unterschiedlich viel Uran ein Ein Teil des nachträglich aufgenommen Urans geht wieder verloren; proportional zum jeweils aufg. Uran Thorium, das durch Uran-Zerfall entsteht, geht nicht verloren Thorium wird während der ganzen Zeit nicht mobilisiert (weder noch ) Isochronengleichung Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

25 3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Isochronengleichung: Vergleich Modell Daten Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

26 4. Ergebnisse Datierungs-Strategie Messungen an verschiedenen Stücken einer Koralle Aufstellen der Isochrone Berechnung des Alters aus Schnittpunkt Berechnung des Fehlers mit Konfidenzbändern ± 3 ka Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

27 4. Ergebnisse AQB 1H AQB 1K AQB 1A AQB 7G Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

28 4. Ergebnisse ± 6.54 – 5 m aslAQB 1H ± 4.14 – 5 m aslAQB 1A ± 3.14 – 5 m aslAQB 1K 121 ± 2.17 –10 m aslAQB 7G ± 37 –10 m aslAQB 3A IsochronenalterTerrasseKoralle Zusammenfassung der Alter Allerdings bestehen die Terrassen in Aqaba aus Porites-Korallen: Vorkommen bis ca. 53m Wassertiefe, daher ungeeignet zur Meeresspiegelrekonstruktion Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

29 4. Ergebnisse / Zusammenfassung - Korallen sind wichtige Paläoklimaarchive - Viele Korallen zeigen erhöhte initiale ( 234 U/ 238 U) Aktivitätsverhältnisse kein geschlossenes System - Genauigkeit der Datierung ist durch diagenetische Prozesse begrenzt, nicht durch die Messpräzision - Korallen aus Aqaba haben stark erhöhte initiale ( 234 U/ 238 U) Aktivitätsverhältnisse - Aktivitätsverhältnisse verschiedener Stücke einer sind stark linear korreliert (Isochronen) - Isochronen können durch Uranaufnahme und späteren –verlust erklärt werden -Wahres Alter kann durch Schneiden der Isochrone mit der seawater evolution curve berechnet werden Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

30 4. Ergebnisse / Zusammenfassung Verlauf des Meeresspiegel (Bestimmung anhand fossiler Korallen) Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

31 4. Ergebnisse / Ausblick Ausblick: (1)Weitere Untersuchungen zu den diagenetischen Prozessen (sind die Korallen aus Aqaba repräsentativ ?) (2)Anwendung der Isochronendatierung auf andere Korallenarten (Acropora Palmata, Vorkommen ~5m unter Meeresspiegel) (3)Verbesserung der Datenlage Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba

32 Motivation 18 O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse Th / U Methode Barbados Aqaba Danke fürs Zuhören! Danke fürs Zuhören!


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