Quaternary Science Journal - 220 m Altpleistozän im „Heidelberger Loch"

Eiszeitalter

u.

Gegenwart

47

6

145 — 153 Abbildungen

Hannover

1997

220 m Altpleistozän im „Heidelberger Loch" FRITZ FKZER*)

P l e i s t o c e n e , fluvial s e d i m e n t s , stratigraphy, c l i m a t i c c h a n g e , H e i d e l b e r g , S W - G e r m a n y K u r z f a s s u n g : Am westlichen E n d e seiner Steilstrecke hat d e r Neckar eine Art Binnendelta aufgeschüttet. Er hat sofort rea­ giert, w e n n im n a h e n O d e n w a l d - B e r g l a n d die Ö k o s y s t e m e gestört oder zrisammengebrochen waren. W e n n sie sich w i e ­ der eingespielt hatten, trafen Gerolle aus weiter entfernten G e steinsprovirrzen ein. Mit d e r Aufschüttung glich der Fluß d i e tektonische Absenkung d e s „Heidellierger Lochs" aus. Ver­ gleichbare Profile a u s Holland liegen näher a m nordischen Kli­ mabereich, und die M o r ä n e n und Schotterscricn des Alpen­ vorlandes repräsentieren nur das M a x i m u m einer Kaltzeit.

D e m g e g e n ü b e r e r l a u f e n die 5 Profile aus Heidelterg in einer einzigartigen Vollständigkeit und ihren vielen Details, d i e geoökologischen Prozesse zu rekonstruieren, die im v o m Eis w e n i g beeinträchtigten Teil Mitteleuropas abgelaufen sind. [ 2 2 0 m t h i c k O l d P l e i s t o c e n e fluvial s e d i m e n t s in the U p p e r R h i n e g r a b e n n e a r Heidelberg] A b s t r a c t : T h e Neckar river passes the O d e n w a l d mountains in a gorge (tectonic uplift) and flows in Heidelberg into the U p ­ per Rhine graten, w h i c h sinks here b y 0,2 t o 0,75 mm/year. In this deltalike voluminous .sediment t h e w h o l e Quartemary is preserved. In the Cold Ages braided rivers spread gravel a n d sand. In the interglacials a meandering Neckar sedimented l o ­ am, sand or thin layers o f gravel. In the w a m i stages from 3 5 t o 7 t h e curve o f the clay content was tuned to the 0 - t e m p e r a ture curves o f the o c e a n s .

18

3

D a s Profil „HD 1 F e n n e b e r g e r " , klimastratigraphische

4

Einpassung

Sedimentanalyse

5

N e c k a r s a n d e in Heidelberg ( 3 0 0 - 2 8 5 m ) u n d Mauer ( 1 3 2 bis 1 4 1 m NN), Kaltzeit 1 8 u n d Warmzeit 1 7

6

E r g e b n i s s e u n d Ausblick

7

Dank

8

Schriftenverzeichnis

1 Einleitung ..Preference - those

... to solve graphy"

should

records

he given

which

the puzzle (Schlächter

to a study

are more

of long

complete

of Quartemary

others

terrestrial

strati­

1992, 607).

In d e r G e g e n w a r t sinkt der Untergrund in d e r N ä h e d e s H e i d e l b e r g e r T h e r m a l b a d s t e k t o n i s c h ab, 0 , 8 - 1 m m / J a h r . Hier k o n n t e der N e c k a r zu allen Zeiten sein S e d i m e n t ablagern, nur n a c h d e r L o n e - A b l e n k u n g v o n P l o c h i n g e n ( c a . 1 Mio - 0 , 8 Mio J . v . h . ) hat e r e i n e Zeit lang - w i e viele a n d e r e

[220 m Paleopleistocene ä Heidelberg]

records

than

Rhein-Neben­

flüsse - sein T a l verschüttet (FEZER 1 9 9 2 , in BEINHAUER & W A G N E R ) . A n s o n s t e n k o n n t e er rückwärts

R e s u m e : Le Neckar a constitue par son c ö n e d e dejections u n e sorte d e delta interieur ä l'extremite ou-est d e la partie d e s o n cours ä forte declivite. II a immediatement reagi, lorsque les sys t e m e s ecologiques du prcx'he Odenwald-Bergland furent p e r t u r t e s o u s'effondrerent. Q u a n d c e u x - c i se furent reequilibres, des caüloutis s'accumulerent, provenant de strates pierreuses de regions plus eloignees.

Par c e remblaiement, le fleuve c o m p e n s a l'affaissement tectonique du Heidelterg Ixx:h (trou d e Heidelberg). En Hollande, des profus comparables sont plus ä rapprocher des zones climatiques nordiques; e n z o n e s prealpines, les moraines et series d'eboulLs representent le m a x i m u m d'une periode froide. Par contre, les 5 profils d e H e i d e l t e r g permettent d e reconstituer, de facon unique l'integralite et avec force details, les processus g e o e c o l o g i q u e s qui s e sont deroules dans u n e partie de l'Europe centrale p e u affectee par les glaces.

ein­

s c h n e i d e n u n d a n d e r e Flüsse zu sich a b l e n k e n .

Aus

den

Krümmungsradien

Umlauftäler im O d e n w a l d

hochgelegener

alter

läßt sich das Einzugsge­

biet d e s N e c k a r s zu B e g i n n des Pleistozän s c h ä t z e n .

Niveau über Fluls Beginn des Pleistozäns heute

Radius

Einzugsgebiet

+ 70 m

375 m

< 2 500 km-

Quelle Pforzheim ?

0

700 m

14 000 km^

V.-Schwenningen

G e g e n ü b e r d e n G e w i n n e n w i e g e n die k l e i n e n V e r ­ luste an den Main leicht (zur F l u ß g e s c h i c h t e s. FEZER 1 9 7 4 u n d 1 9 9 3 / 9 5 , MÄHER 1 9 7 8 ) . I m Lauf d e s Pleisto­ zäns hat er i m m e r m e h r u n d i m m e r g r ö b e r e s Materi­

Inhaltsverzeichnis

al im „Heidelberger Loch" abgelagert, w o r a n die Klimaverschlechterung

1

Einleitung

2

Das Thermalprofil

s o w i e ein s c h n e l l e r e s t e k t o n i -

s c h e s A b s i n k e n beteiligt sind.

Insgesamt wurden 5 Bohrungen ausgewertet (Abb. 2 ) . Selbstverständlich sind wir b e i d e r

stratigraphi-

*) Anschrift des Verfassers: Prof. D r . F . FEZER, M o s e l b r u n ­

s c h e n Interpretation

der Profile v o n d e r Flur n a c h

n e n w e g 9 1 , 6911-8 H e i d e l b e r g

unten v o r g e g a n g e n . D i e jüngsten S c h o t t e r sind eini-

146

FRITZ FEZER

g e r m a ß e n einzuordnen. F e r n e r h a b e n wir die Profi­ le zunächst in k o n v e n t i o n e l l e r W e i s e g e z e i c h n e t .

Später schritt, u m das Verständnis der P r o z e s s e zu fördern, die B e s c h r e i b u n g v o n den alten zu d e n jun­ gen S c h i c h t e n , von der Quartärbasis zum E n d e des Altpleistozäns. W i e in d e n Naturwissenschaften üb­ lich, läuft die Zeitachse der Diagramme v o n links nach rechts, u n d die Variablen sind an der Ordinate ausgerichtet; das Bohrprofil ist also u m 9 0 ° im Uhr­ zeigersinn v e r s c h w e n k t .

Das Neckargebiet lag in den Eiszeiten von d e n ver­ gletscherten F l ä c h e n Mitteleuropas s o weit w e g , d a ß das Klima k a u m s e k u n d ä r beeinflußt, s o n d e r n nur v o m W a n d e l d e s Erdklimas geprägt wurde. D e s h a l b lassen sich die H e i d e l b e r g e r Schichten gut mit der o z e a n i s c h e n Stratigraphie korrelieren.

2 D a s T h e r m a l p r o f i l v o n 6 5 0 bis 3 9 0 m Teufe Auf Anregung v o n SALOMON ( 1 9 2 7 ) w u r d e 1 9 1 3 - 1 9 1 8 b e i m jetzigen T h e r m a l b a d n a c h W a r m w a s s e r g e ­ sucht u n d z w i s c h e n 4 1 1 u n d 1 022 m Teufe auch m e h r e r e T h e r m e n gefunden (Abb. 2 ) . Weil sich v o n gelegentlich auftretenden Pflanzenresten nur die Fa­ milie b e s t i m m e n und die Gattung vermuten ließ, bauten die G e o l o g e n ihre Stratigraphie a u f Ölspuren und Asphalt auf, die sie mit d e m unterelsässischen Oligozän gleichsetzten. D i e v e r s c h i e d e n e n v o n S A ­ LOMON ( 1 9 2 7 ) u n d BARTZ ( 1 9 5 1 ) a n g e n o m m e n e n

G r e n z e n zwischen Plio- u n d Pleistozän sind auf j e ­ den Fall überholt, weil d i e s e jetzt auf 2,4 Mio J.v.h. angesetzt wird. Zu dieser Zeit erreicht erstmals T r e i b e i s das Rockall-Plateau z w i s c h e n Island u n d Ir­ land (SHACKLETON 1 9 8 9 , 1 1 ) . Unbeeinflußt v o n sol­ c h e n Ü b e r l e g u n g e n hat B o h r m e i s t e r K ö ß l e r aufge­ s c h r i e b e n , bei w e l c h e r T e u f e er auf „weicheres" ( T o n ) u n d „härteres" Material ( S a n d ) g e s t o ß e n ist. Ei­ ne Kladde, die von 387 m bis 4 9 5 m Teufe reicht, b l i e b im Universitätsarchiv n e b e n anderen Aktenbüncleln zur T h e r m a l b o h r u n g erhalten. Übertragen wir die Stratigraphie aus den B o h r u n g e n Entensee (s.u.) auf das etwas mächtigere Thermalpro­ fil, dann wäre der Beginn des Pleistozäns in etwa 6 5 0 m Teufe anzunehmen. Unter den westlichen Stadttei­ len v o n Heidelberg lagert also ca. 6 4 0 m Pleistozän.

Von 6 5 0 bis 4 0 0 m Teufe h a b e n Neckar und „Rand­ fluß" (FEZER 1 9 7 4 ) e i n e n grauen bis graugelben, teils mergeligen, teils feinsandigen T o n , nur vereinzelt G e r o l l e abgelagert. J e n e b e s t e h e n aus g e b l e i c h t e m Buntsandstein, Quarz, Quarzit, Karneol, Kiesel­ schiefer und Hornsteinen aus d e m Muschelkalk. Nur bei - 6 0 0 m traten auch K a l k b r ö c k c h e n hinzu. D i e Z u s a m m e n s e t z u n g spricht für e i n e starke c h e m i s c h e und m e c h a n i s c h e Verwitterung und für e i n e n Fluß mit m ä ß i g e n Hochwässern. Nicht alle diese G e s t e i n e stehen im südlichen O d e n w a l d an, ein Teil stammt aus d e m Schwarzwald (BARTZ 1 9 5 1 ) .

In 3 9 7 m Teufe fanden sich Kalkgeröllchen, u n d v o n

2 2 0 m Altpleistozän im „Heidelberger Loch"

147

Abb. 2: Ausgewertete Bohrungen in Heidelberg.

Fig. 2: Situation of boreholes in Heidelberg.

jetzt a b verdient der Buntsandstein s e i n e n Namen, w e n n er im dunkelgrauen Sandton eingestreut ist. In d i e s e m ältesten Abschnitt des Pleistozäns hat der N e c k a r sein Sediment kaum geändert, es ist nur ein w e n i g gröber g e w o r d e n . Vielleicht hat er am Ende e t w a s häufiger H o c h w a s s e r geführt.

D a s Universitätsarchiv verwahrt ein v o n BUBNOFF g e ­ zeichnetes Profil des Bereichs v o n 6 3 0 bis 413 m Teufe. Im Abstand v o n 11-14 m ( i m Mittel 12,2 m ) , selten 2 4 m, sind d ü n n e Kieslagen eingetragen.

W e n n wir den Trend, d a ß der Neckar im Lauf seiner

G e s c h i c h t e i m m e r stärker sedimentiert hat, n a c h rückwärts extrapolieren, dürfen wir e i n e Rate v o n 0,12 m m / J a h r ansetzen. Dann hätte ein Zyklus 101 0 0 0 J a h r e gedauert; im 1 0 0 000-Rhythmus s c h w a n k t die Exzentrizität der Erdbahn-Ellipse (IMBRIE 1 9 8 5 ) .

Eine kürzere P e r i o d e ergibt sich, w e n n wir die Ab­ stände der S c h i c h t w e c h s e l , die der B o h r m e i s t e r n o ­ tiert hat, von „hart" über „weich" bis „hart" berech­ nen. Zwar streuen sie ein wenig, häufen sich a b e r deutlich b e i 5,2 m ± 2 0 %. In d i e s e m etwas jüngeren

148

FRITZ FEZER

360

I

320

340

I

I

300

280

260

240

220

200m

L

1 Mio Jv.h.

0,6

0.4

0 2

Abb. 3: T e i l e d e s All- und Mittelpleistozans in d e r V e r s u c h s b o h r u n g „HD 1 F e n n e b e r g e r " , a l T e u f e in m, u m g e r e c h n e t a u f Profil „ H D 3 E n t e n s e e " . b ) K ö r n u n g . y = G a m m a s t r a h l u n g im B o h r l o c h ( b u n d y aus SCHNEIDER 1975) T e m p e r a t u r d e s Pa­ zifiks v o r d e r K ü s t e v o n E c u a d o r (SHACKLETON 1989, F i g . 5 , Kern 677).

Fig. 3: Parts of Old and Middle Pleistocene in Heidelberg, a) Depth, b) grain size, y) gamma radiation (= clay content), lower curve = oxygen isotopic record of planctic and benthic foraminifera in ODP site 677 off Ecuador (SHACKLETON 1989, fig.5). Lowest scale = age B.P.

Bereich ( 5 0 0 bis 3 9 0 m T e u f e ) nähern wir die Sedi­ mentation der im untersten Teil des Profils „HD 1 F e n n e b e r g e r ' ' ermittelten Rate an : 0,13 m m / J . D a n n hätte ein Zyklus 4 0 000 J a h r e gedauert; das ist die Pe­ riode, mit der sich die Erdachse stärker neigt und w i e d e r aufrichtet (IMBRIE 1 9 8 5 ) . Fällt e i n e 4 0 0 0 0 Warmzeit a u f eine 100 000-Kaltzeit, so wird j e n e un­ terdrückt. In Heidelberg wird kein Kies abgelagert, der Abstand wächst auf 2 4 m. Die B e s c h r e i b u n g des Thermalprofils endet in derjenigen Teufe, a b w e l c h e r das Profil „HD 1 F e n n e b e r g e r " zur Verfügung steht.

3 Das Profil „Heidelberg 1 Fenneberger" G r a u b r a u n e S a n d e v o n 3 6 5 bis 285 m T e u f e

ich m i c h a u f die Schichten z w i s c h e n 3 6 5 und 2 8 5 m Teufe. D i e Werte wurden nachträglich auf die Skala der B o h r u n g e n E n t e n s e e 2 u n d 3 u m g e r e c h n e t , da­ her b e g i n n t die B e s c h r e i b u n g nicht mit den tatsäch­ lichen Ziffern der Sohle, s o n d e r n mit 3 6 5 m T e u f e .

Schon im B o h r l o c h hat die Fa. T e g t m e y e r die G a m ­ mastrahlung g e m e s s e n u n d als Kurve aufgezeichnet (Abb. 3 ) . Sie entspricht ungefähr d e m Tonanteil, der z.T. direkt aus den G e s t e i n e n und B ö d e n d e s K e u pers stammt oder durch Verwittening a n d e r e r G e ­ steine entstanden ist. Nur d i e s e r zweite Anteil hängt mit d e r Temperatur z u s a m m e n , indem in W a r m z e i ­ ten e i n i g e Minerale s c h n e l l e r in T o n u m g e w a n d e l t werden.

Vier k m nordwestlich v o n der Wurzel des Neckar­ s c h w e m m f ä c h e r s , n a h e d e m jetzigen W a s s e r w e r k Entensee, wurde 1973 eine Versuchsbohrung auf s a u b e r e s T r i n k w a s s e r angesetzt, die 3 5 0 m T e u f e er­ reichte. Aus den in Kernkisten ausliegenden S c h i c h ­ ten w u r d e n alle 2 m e i n e P r o b e ins g e o m o r p h o l o g i sche Labor mitgenommen. Ü b e r die v e r s c h i e d e n e n Bohrverfahren, A n a l y s e n ­ m e t h o d e n und über die Stratigraphie der j ü n g e r e n S c h i c h t e n w u r d e früher berichtet (FEZER 1 9 7 7 , FEZER & M E I E R - H I L B E R T & SCHLOSS, 1 9 9 2 ) . Hier b e s c h r ä n k e

Nach e i n e r Vergrößerung läßt sich die H e i d e l b e r g e r G a m m a k u r v e , also der T o n g e h a l t , an die T e m p e r a ­ turkurve von SHACKLETON ( 1 9 8 9 ) g e m ä ß d e m Tief­ s e e k e r n 6 7 7 , erbohrt vor Ecuador, anlegen. M e h r e r e Peaks w u r d e n nach Form und Amplitude an ähnli­ c h e n Z a c k e n der a n d e r e n Kurve festgehakt ( A b b .

3). J e d e r P e a k m u ß nicht nur in die Reihenfolge pas­ sen, s o n d e r n die Kurven m ü s s e n auch ähnlich ver­ laufen. D i e Zeit ist nach der etwas m o d e r n e r e n B e ­ r e c h n u n g v o n BASSINOT et al. ( 1 9 9 4 , 1 0 3 ) a n g e g e b e n .

Die Ü b e r e i n s t i m m u n g e n ü b e r w i e g e n , es gibt a b e r auch Unterschiede. Die Warmzeit 27 tritt im Pazifik

220 m Altpleistozän im ..Heidelberger Loch"

149

[%] .

30-

kaum heraus, im Heidelberger Gamma-log e t w a s deutlicher. D i e W a r m z e i t 25 e r s c h e i n t am N e c k a r kürzer als im O z e a n , vielleicht 15 0 0 0 Jahre. D i e Warmzeit 23 g e h ö r t in Heidelberg zu den großen, in SHACKLETON'S K e r n 6 7 7 fehlt sie.

Für ein d ü n n e s S e d i m e n t p a k e t o d e r für eine einzel­ n e Warmzeit ist e s schwierig, Mächtigkeit und Zeit­ raum a n z u g e b e n , w e i l die M e t h o d e der Abgrenzung nicht genormt ist. A u f Werte, die v o n einem d i c k e n Paket oder e i n e r G r u p p e von Kaltzeiten abgeleitet sind, k ö n n e n wir u n s e h e r verlassen. G e h e n wir a u f Abb. 3 an den o b e r s t e n B a l k e n u n d greifen die älte­ sten 58 m S e d i m e n t ab, springen d a n n zur untersten Skala, so k o m m e n wir auf 3 7 0 0 0 0 J a h r e . Der N e c k a r hat d e m n a c h in e i n e m J a h r 0 , 1 5 m m sedimentiert.

Eine einzelne Kalt- oder Warmzeit hat im Durch­ schnitt nur 2 3 0 0 0 J a h r e gedauert, viel kürzer als die späteren P e r i o d e n (Abb. 3 ) .

N e b e n d e m rhythmischen, kurzzeitigen Auf und A b zeigt die Kurve a u c h eine langfristige Tendenz: d i e T o n m a x i m a w e r d e n allmählich geringer, das Klima also kühler. E t w a s Ähnliches d e u t e n Pollenanalysen aus den Niederlanden an (ZAGWIJN, viele Arb.); d i e

t h e r m o p h i l e n Pflanzenarten n e h m e n v o n Warmzeit zu Warmzeit a b . Zwei H y p o t h e s e n stehen zur W a h l .

1. D i e Z w i s c h e n s p e i c h e r für tertiäre B ö d e n , Hangund F l u ß s e d i m e n t e werden Zug u m Zug entleert.

2. D i e T e m p e r a t u r e n sinken in e i n e m g r o ß e n Teil der Erde.

Die o z e a n i s c h e 0 - K u r v e spricht für die zweite Er­ klärung : D i e Minima sinken v o n Kaltzeit zu Kaltzeit immer tiefer a b , dies ist auf Abb. 3 durch eine gestri­ chelte Trendlinie angedeutet. D i e b e i d e n Ausreißer, nämlich die Kaltzeiten 3 4 und 22 fallen im Neckar­ ton nicht auf.

4 Sedimentanalyse 18

K o o s ( 1 9 7 5 ) hat die B o h r p r o b e n untersucht. D i e meisten enthielten nur 1-3 % Kies. W e i l uns die Zahl der Gerolle zu gering schien, w i c h e r a u f den g r o b e n Grobsand aus (2 - 1,25 mm 0 ) . Zu unserer Überra­ schung w a r e n b e i d e Fraktionen ähnlich zusammen­ gesetzt. Die G r u p p e Ton, Schluff u n d Feinsand nimmt 15-30 % ein. D e r in Abb. 4 rasch erkennbare T o n a n ­ teil schwankt erheblich, tonarme Schichten sind reich an Sand. Die Tonpeaks lassen sich alle in der G a m m a -

150

FRITZ FEZER

A b b . 5: Z u s a m m e n s e t z u n g alt- u n d mittelpleistozäner N e c k a r s e d i m e n t e . L i n k e Skala = K i e s a n t e i l e ( > 2 m m 0 ) an m e h r e ­ ren G e s a m t p r o b e n . „Quarz"- u n d „Kalk"-Anteile a m Kies. Schluff + T o n = A n t e i l e a m Feinmaterial < 0.2 m m o. R e c h t e S k a ­ la = S c h i c h t m ä c h t i g k e i t e n ( s a n d i g e Kiese, L e h m = S a n d u n d Schluff. U n t e n = S a u e r s t o f f - I s o t o p e n - S t a d i e n im O z e a n u n d Alter ( M i o J . v . h . ) .

L8

Fig. 5: Old and Middle Pleistocene sediments. Left scale - percentage, above = depth, right scale - thickness, below = 0-stages and time B.P. (Mio y.). Kalk = limestone, Kies = gravel, Lehm = loam, Schluff = silt.

kurve ( A b b . 3 ) wiederfinden (umgekehrt nicht alle) und mit den üblichen Ziffern b e z e i c h n e n .

In d e n Warmzeiten 2 9 u n d 27 war der O z e a n nur mäßig w a r m , die H e i d e l b e r g e r Gammastrahlung mäßig b z w . s c h w a c h , u n d im Sediment s c h w i n d e t der T o n g e h a l t auf 2 und 0,5 % des Feinmaterials. I )ie T o n k u r v e der Abb. 4 löst die Zeit schlechter auf, weil K o o s nur alle 2 m eine P r o b e zur Verfügung hatte.

Die s c h e i n b a r eintönige F o l g e von Sanden p a ß t gut zu d e m nur m ä ß i g e n W a n d e l der Ö k o s y s t e m e , w i e er d u r c h Pollenanalysen b e k a n n t g e w o r d e n ist. In diesen älteren Kaltzeiten w u r d e die V e g e t a t i o n k a u m g e s c h ä d i g t (LANG 1 9 9 4 , 2 7 1 ) . Verglichen mit den älteren Schichten des Thermalprofils sind die F e n n e b e r g e r S e d i m e n t e e t w a s gröber. Stets d o m i ­ niert der Mittelsand, der 5 0 - 6 0 % einnimmt, der G r o b s a n d 15-25 %, F e i n s a n d 15-20 %, der Rest b e ­ steht aus Schluff und T o n . B e i der Betrachtung v o n G r o b s a n d und Feinkies k ö n n e n wir die S c h i c h t e n in drei Abteilungen gliedern.

361 - 326 m Teufe

speziell 331 - 326 m

Kies 6 %

Grobsand

25 %

325 - 296 m Teufe

speziell 301 - 296 m

Kies 1 3 %

Grobsand

20-35%

296 - 278 m Teufe

speziell 278,5 m

Grobsand 2 5 %

J e d e G r u p p e endet mit einer tonarmen Schüttung: der Gehalt schnimpft fast auf Null (Abb. 4 ) ; dagegen w a c h ­ sen Grobsand und Kies. Der g r o b e Grobsand (2 - 1,25 mm 0 ) ist a m Anfang stark ausgelesen, der

Quarz

nimmt 8 0 - 9 5 % ein, ganz allmählich geht der Gehalt auf ()0 % zurück. Seine Stelle nelvmen die Gerolle frischer Gesteine ein; z.B. wachsen im Feinkies Buntsandstein

von 5 - 10 %

Muschel- u n d Jurakalk jeweils

auf

33 %

auf

20 %

In der Mittelsandfraktion n e h m e n die S c h w e r m i n e ­ ralien j e w e i l s von ca. 1 %

auf

4 % zu.

BARTZ e r w ä h n t aus 397 m T e u f e der „ T h e r m a l b o h rung", w a s - 3 3 2 m am E n t e n s e e e n t s p r e c h e n k ö n n t e , Gerolle aus Quarz, s c h w a r z e m Karneol, viel Kristal­ lin, Quarzrhyolith und Hornstein.

Alle drei S c h i c h t e n mit frischem Material z e i c h n e n sich in der Gammastrahlung durch geringen T o n g e ­ halt aus, d e r O z e a n war damals kühl (Abb. 3 ) , a b e r nicht kälter als in anderen Kaltzeiten. Es zeigt sich auch k e i n mittelfristiger T r e n d der Minimal- o d e r M a x i m a l w e r t e wie b e i m G r o b s e d i m e n t . S o ist die Ursache der D r e i g l i e d e a i n g e h e r im h y d r o l o g i s c h e n

2 2 0 m Altpleistozän im „ H e i d e l b e r g e r L o c h "

900

800

Abb. 6: a ) ' ^ - P r o p o r t i o n e n

700

600

500

400

( T e m p e r a t u r tropischer M e e r e , k o m b i n i e r t

300

151

200

100

a u s d e n B o h r k e r n 900 963 v o r d e n M a l e d i v e n

und 677 v o r E c u a d o r ( a u s BASSINOT e t al. 1994, 103). b ) S e d i m e n t a t i o n s r a t e d e s N e c k a r s in H e i d e l b e r g - E n t e n s e e .

Fig. 6: a) Oxygen isotopic temperature from Indie and Pacific cores. Mumber = stage (after Bassinot et al. 1994. 103). h) Rate of sedimentation in Heidelberg-Entensee (mm/year). als im klimatischen Wandel zu suchen. W ä h r e n d eines Schluff-Ton-Minimums v o n - 3 2 0 bis - 3 1 8 m (Kaltzeit 2 4 ) springt im F e i n s a n d d e r Karbonatgehalt aufs D o p p e l t e u n d bleibt s o n o c h lange Zeit bis - 2 9 0 m (Kaltzeit 1 8 ) . Vermutlich w u r d e das Klima e t w a s kühler, das S e d i m e n t wurde r a s c h e r durchtranspor­ tiert und verwitterte s c h w ä c h e r .

Wichtiger sind die langfristigen Wandlungen. S i e werden sichtbar, wenn wir Maxima, Mittelwerte o d e r Minima e i n z e l n e r Indikatoren auf den K u r v e n verbinden ( A b b . 5 ) . Zu Anfang d e s Pleistozäns s p r e ­ c h e n hohe Quarz- und T o n g e h a l t e für eine intensive Verwitterung ( A b b . 3 und 4 ) . S i e n e h m e n ganz all­ mählich a b . Langsam w e r d e n die F l u ß s e d i m e n t e gröber (Abb. 5 ) , u n d im F e i n k i e s n e h m e n die K a l k gerölle s c h u b w e i s e zu. B e i - 3 4 0 m g e h e n die Q u a r z gerölle von 4 5 a u f 3 5 % zurück, dagegen w a c h s e n Weißjura und Muschelkalk v o n c a . 2 0 auf 3 0 %. B e i d e s spricht für eine lebhaftere Erosion und relativ r a s c h e n Transport. Auch der geringe Schiuffanteil deutet a u f eine s c h w a c h e Verwitterung in e i n e m kühlen Klima.

5 Neckarsande in Heidelberg (300 bis 285 m Teufe) und Mauer (132 bis 141 m NN), Kaltzeit 18 und Warmzeit 17 Weil sich d i e s e Schichten mit d e n jüngst e r b o h r t e n Sanden im Liegenden der h o m o - F u n d s t e l l e k o r r e l i e ­

ren l a s s e n ( F F Z E R & M E I E R - H I L B E R T & SCHLOSS

1992),

sollen sie e i n g e h e n d b e s c h r i e b e n werden. In dieser Zeit ändert sich das Sediment: d e r Gehalt a n T o n , Schluff u n d Feinsand schwindet von 3 0 a u f 1 7 %, statt d e s s e n w ä c h s t der G r o b s a n d a u f 3 5 %. Neuartig ist, d a ß G e r o l l e , die in den älteren Kaltzeiten nur ein­ zeln eingestreut waren, b e i - 2 9 8 m, an e i n e m d e r mittelfristigen Grenzpunkte, in e i n e m kurzen Schwall 1 3 % e i n n e h m e n . Anfangs b e s t e h e n 3 5 - 5 5 % davon a u s Quarz; der N e c k a r hat ältere Restschotter durch S e i t e n e r o s i o n mitgerissen. W i e in j ü n g e r e n Kaltzeiten schrumpft der Anteil allmählich a u f 3 0 %; Quarz wird z.T. durch frischen Muschelkalk ersetzt (wächst v o n 6 a u f 2 2 % ) . D i e W ä r m e z e i g e r Schluff und T o n s o w i e die Quarzgerölle n e h m e n a b , die Kältezeiger Kiesanteil und Kalkgehalt n e h m e n zu.

Was d i e s e G e r ö l l l a g e heraushebt, ist ein erster S c h u b von w e i ß e n , plattigen G e r o l l e n : 1 6 - 2 3 % Malmkalk v o n d e r S c h w ä b i s c h e n Alb, w e l c h e damals n o c h weiter in Richtung STLITTGAIT gereicht hat.

1 0 km südöstlich v o n Heidelberg, a m Rand d e s Dor­ fes Mauer, liegt die e h e m a l i g e Sandgrube Grafen­ rain, in w e l c h e r 1 9 0 7 d e r Unterkiefer des „homo erectus heidelbergensis" g e f u n d e n w o r d e n ist. V o n der S o h l e a u s wurde 1 9 9 1 zweimal bis AUF d e n an­ s t e h e n d e n Muschelkalk g e b o h r t (ZÖLLER & STREMME 1992,

9 6 in BEINIIAUER & W A G N E R ) . Ü b e r d e m Fels LA-

152

FRITZ FEZER

gert e i n e Schicht, die d e m Profil „Heidelberg 1 F e n ­ n e b e r g e r " im B e r e i c h - 3 0 0 m ähnelt.

Im Bohrprofil Mauer hat URBAN (1992, 117 in BEINHAUER & W A G N E R ) z w i s c h e n 134,2 und 137,3 m NN (das

könnte a m Entensee d e n Teufen 2 9 9 bis 2 9 3 ent­ s p r e c h e n ) Pollen gefunden. Ein „Wald mit taigaartigen Florenelementen" weicht in einem kühlen Stadial (18.2 ?) Gräsern und Kräutern, später k o m m e n wieder Birken u n d Kiefern, schließlich Fichten hinzu.

Wie in Heidelberg besteht d e r Kiesanteil zu 1 7 - 3 8 % aus Malmkalk, 3 0 % M u s c h e l k a l k u n d 2 0 - 5 0 % Bunt­ sandstein (Zählung Dr. M. Löscher). Weil W a r m z e i ­ ten allmählich in Kaltzeiten ü b e r g e h e n u n d sich nicht eindeutig a b g r e n z e n lassen, wurden d i e Stadi­ en 1 8 - 1 6 z u s a m m e n g e n o m m e n , u m die S e d i m e n t a ­ tionsrate a b z u s c h ä t z e n : Mauer 0,075 mm/Jahr Heidelberg

0,135 mm/Jahr

Später, in d e r Zeit d e s h o m o erectus h e i d e l b e r g e n sis, hat d e r Neckar in M a u e r langsamer, in Heidel­ berg s c h n e l l e r sedimentiert.

Der c h a o t i s c h e Verlauf d e r Kurven in d e r r e c h t e n Hälfte d e r A b b . 5 ist indirekt v o m Klima ausgelöst.

Entweder im Stadium 2 0 o d e r in 18 hat die v o n T ü ­ bingen k o m m e n d e Ur-Lone (Gg. WAGNER 1 9 6 3 ) ihr flaches T a l s o h o c h aufgeschotteil, d a ß sie b e i P l o c h i n g e n in Richtung Stuttgart überlief. D a d u r c h geriet d a s G e o s y s t e m a u s d e n Fugen. Zuerst w u r d e n alte, q u a r z r e i c h e Schotter mitgerissen, dann erodier­ ten d i e Flüsse in die Tiefe u n d brachten Kalkgerölle.

Reste dieser Massen b l i e b e n in Obrigheim-Mörtelstein, M a u e r und Heidelberg erhalten (FEZER 1 9 9 2 , 99, in BEINHAUER & W A G N E R ) .

Im T e u f e n b e r e i c h v o n - 2 9 2 bis - 2 8 5 m ist d e r Mittel­ sand tonhaltig. D i e Fraktionsgruppe FeinsandSchluff-Ton enthält plötzlich nur n o c h halb s o viel Kalk, d e r Mittelsand d o p p e l t s o viele S c h w e r m i n e r a ­ lien. B e i d e n Gerollen setzt d e r Malmkalk aus, d e r Quarzanteil steigt v o n 2 2 a u f 3 3 %. Diese Schicht stammt also aus einer Warmzeit. Dies ist in M a u e r n o c h deutlicher. Z w i s c h e n 1 3 8 u n d 141 m NN lagert Ton, d e r sekundär entkalkt ist; d e r Rest besteht aus Mit,

Smektit und

Ton > Quarz > Kalk < Feldspat < Korn-0 < Aus vegetationskundlicher Sicht läßt LANG ( 1 9 9 4 , 271) mit d e m Stadium 19 das Altquartär enden. V o r ­ her, in d e n kurzen Kaltzeiten, w u r d e n t h e r m o p h i l e Arten nur w e n i g e 100 k m n a c h S ü d e n abgedrängt und k o n n t e n in der nächsten Warmzeit rasch u n d o h n e Verluste w i e d e r zurückwandern.

Im Ozean ähneln die isO-Ktirven in d e n Stadien 1 8 bis 13 teils d e m älteren, teils d e m jüngeren Typ. D i e Kaltzeit 16 dauert bereits recht lang, das Wasser kühlt tiefer aus als vorher; ab jetzt w e r d e n die Temperatur­ kurven asymmetrisch. Der N e c k a r verhielt sich bis z u r Warmzeit 17 brav und lagerte nur 0,15 m m Sedi­ ment/Jahr a b , v o m Stadium 1 6 bis 1 4 waren e s 0 , 2 8 .

Er bringt in der Warmzeit 15.5 ein letztes Mal viel T o n .

Zwischen d e n Stadien 19 u n d 15 ändert sich also d e r Charakter d e r Kaltzeiten. Nach d e m Verlauf der i»0Kurve (Abb. 3 ) m ö c h t e ich das Altpleistozän erst u m 2 Stadien später als LANG e n d e n lassen und die G r e n ­ ze zwischen d e n Stadien 17 u n d 16, also bei 7 0 0 0 0 0 J.v.h. ziehen.

Die spätere Entwicklung wurde in anderen P u b l i k a ­ t i o n e n ( F E Z E R & MEIER & SCHLOSS 1 9 9 2 , FEZER 1 9 9 8 )

eingehend beschrieben. Die Schotterpakete werden mächtiger (statt 3-7 m später 16-20 m, schließlich 60 m ) , teils weil die Kalt- u n d Warmzeiten l ä n g e r dauern, teils weil der Neckar jährlich 2-3 mal s o viel Sand ablagert. Aus der Z u s a m m e n s e t z u n g d e r F e i n und Mittelkies-Fraktion lassen sich d i e Prozesse auf­ hellen. Im Mittelpleistozän sind e i n z e l n e Kaltzeiten s o intensiv, w i e wir es von d e n b e i d e n jüngsten k e n ­ nen. D a z w i s c h e n ereignen sich a u c h solche, die n u r mäßig kalt waren, in denen d i e G l e t s c h e r nicht a u s Skandinavien u n d d e n Alpen h e r a u s g e k o m m e n s i n d und deren Spuren später w e g g e w i s c h t wurden.

Die N e c k a r s e d i m e n t e in der N ä h e d e s W a s s e r w e r k s E n t e n s e e h a b e n das Klima d e s Jungtertiärs u n d d e s g e s a m t e n Quartärs mit ganz g e r i n g e n S c h i c h t l ü c k e n überliefert.

Eine F o r s c h u n g s b o h r u n g mit a n ­ s c h l i e ß e n d e r interdisziplinärer Auswertung w ü r d e sich lohnen.

7

Dank

Kaolinit (SCHWEIZER & M E N G E S &

CHRISTMANN 1 9 9 2 , 1 4 9 , in BEINHAUER & W A G N E R ) .

6 Ergebnisse u n d Ausblick F l u ß s e d i m e n t e , auch s o l c h e weit a b v o n Gletschern, spiegeln d e n Klimawandel. Sie lassen sich einfacher mit d e n Sauerstoff-Isotopen-Kurven d e r O z e a n e u n d der g r o ß e n Eisschilde korrelieren als G r u p p e n v o n Moränen o d e r glazifluvialen Schottern. Im Altplei­ stozän zeigt e i n starker G a m m a - l o g u n d e i n h o h e r Quarzgehalt e i n e Warmzeit an.

Langfristiges Verhalten v o n Klima-Indikatoren im Altpleistozän:

Der Bohrfirma Göttker und d e n Herren SCHNEIDER s e i D a n k für ihre Hilfe b e i der P r o b e n a h m e . B e s o n d e r s zu d a n k e n ist Herrn Gunter K O O S für die sorgfältige Analyse d e r Sedimente.

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Schriftenverzeichnis

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