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

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

1. Motivation Warum Paläoklimarekonstruktion? Ziele: 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 Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

2. d18O-Methode Stabile Isotope des Sauerstoffs: 16O = „normaler“ Sauerstoff (99.8 %) 18O = „schwerer“ Sauerstoff (0.2%) „schwere“ Isotope mehr Energie nötig haben höhere Bindungsenergien Beispiel Wasser (H2O): H216O verdampft leichter als H218O H218O kondensiert leichter als H216O Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

2. d18O-Methode 18O-Variationen werden in den Calciumcarbonat(CaCO3)- Schalen von Foraminiferen gespeichert d18O [‰]  MIS: Marines Isotopen Stadium Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

2.1 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“) Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

2. d18O-Methode Veröffentlichungen: Sehr große Unterschiede! Basieren alle auf o18 methode. Sowohl unterschiede in der höhe und auch im timing ( anpassung an milankovitich kurve anders) Umrechnung delta o18 – meeresspiegel? Sehr große Unterschiede! Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

2. d18O-Methode Achtung: - d18O-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 Absolute Messmethoden notwendig (z.B. fossile Korallen) … vor allem zum Testen der Milankovitch-Theorie Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

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

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

Daraus resultierende DGLs: 3.1 Th/U- Datierungsmethode Daraus resultierende DGLs: Ni: Anzahl der Atome li = ln 2 / T1/2: Zerfallskonstante [1/y] 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(230Th(t=0))=0 Koralle ist ein geschlossenes System für Uran und Thorium Geschlossenes system: keine austausch von uran und thorium koralle - meer Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

3.1 Th/U- Datierungsmethode Zwei „Uhren“: mit 230Th(t=0) = 0 und l234 bzw. l230 >> l238 Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

3.2 Fossile Korallen Barbados Meerwasser und rezente Korallen: (234U/238U) = 1 .15 Entwicklung der Aktivitätsverhältnisse mit (234U / 238U)0 = 1.15 seawater evolution curve Weltweit verhältnis 1,15, daher kurve mit initialverhältnis 1,15 als seaw… bezeichnet Rezente korallen: nicht nur meerwasser, sondern auch koralle baut es genau in diesem verhältnis ein Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

3.2 Fossile Korallen Barbados Mögliche Ursache: (234U / 238U) des Meerwassers hat sich signifikant geändert Modellrechnungen: starke und langanhaltende Variationen des (234U / 238U) der großen Flüsse notwendig Th/U-Datierung mariner Sedimente: (234U / 238U)0 = 1.15 ± 0.015 während der letzten 360 ka Korallen von einer Terrasse sollten den gleichen Wert ergeben Korallen stellen kein geschlossenes System für Uran und Thorium dar. Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

3.2 Fossile Korallen Barbados Lösungsansätze: Identifikation gestörter Korallen mit mineralogischen Kriterien. Auch scheinbar ungestörte Korallen zeigen erhöhte initiale (234U/238U) Aktivitätsverhältnisse. Entwicklung von Modellszenarien. Die Effekte, die erhöhte initiale (234U/238U) Aktivitätsverhältnisse produzieren sind unbekannt. Bisheriges Verfahren: Nur Alter mit (234U/238U)0 = 1.15 ± 0.005 werden als glaubwürdig angesehen Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

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

3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) Messergebnisse Th/U-Alter: 113.7 – 151.6 ka Nach bisherigen Kriterien wäre keines dieser Alter glaubwürdig! Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien) ‘wahres‘ Alter ? Links: ältere korallen haben mehr uran aufgenommen (konzentration: ppm!) Rechts: aufgenommenes uran hat einen höheren delta234uran wert, trend zu erkennen  Korallen nehmen nachträglich uran mit höherem delta234uran wert auf (grundwasser), korallen liegen ja nun frei, nichts mehr im meer Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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 d234U–Wert (>1.15) ein d234U 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 Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

Datierungs-Strategie 4. Ergebnisse Datierungs-Strategie Messungen an verschiedenen Stücken einer Koralle Aufstellen der Isochrone Berechnung des Alters aus Schnittpunkt Berechnung des Fehlers mit Konfidenzbändern 121.9 ± 3 ka Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

4. Ergebnisse Zusammenfassung der Alter 117.1 ± 6.5 4 – 5 m asl AQB 1H 114.8 ± 4.1 AQB 1A 106.4 ± 3.1 AQB 1K 121 ± 2.1 7 –10 m asl AQB 7G 121.9 ± 3 AQB 3A Isochronenalter Terrasse Koralle Zusammenfassung der Alter Allerdings bestehen die Terrassen in Aqaba aus Porites-Korallen: Vorkommen bis ca. 53m Wassertiefe, daher ungeeignet zur Meeresspiegelrekonstruktion Beide terrassen unterschiedlich alt. Obere terrasse älter Eine terrasse steht jeweils für einen anderen meeresspiegel hochstand der vergangenheit Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

4. Ergebnisse / Zusammenfassung - Korallen sind wichtige Paläoklimaarchive - Viele Korallen zeigen erhöhte initiale (234U/238U) Aktivitätsverhältnisse kein geschlossenes System - Genauigkeit der Datierung ist durch diagenetische Prozesse begrenzt, nicht durch die Messpräzision - Korallen aus Aqaba haben stark erhöhte initiale (234U/238U) 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 Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

4. Ergebnisse / Zusammenfassung Verlauf des Meeresspiegel (Bestimmung anhand fossiler Korallen) Meeresspiegel direkt aus terrassenhöhe. Alter von th u methode  Genauer und absolut datiert. Kein „tuning“ an anderen kurven Th / U Methode Barbados Aqaba Motivation Ergebnisse Fossile Korallen 18O- Methode

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

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