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Eiszeitalter

u.

Gegenwart

21-34 7 Abb.

49

Hannover

1999

Klima-Änderungen im Pleistozän: Isotopen­ untersuchungen an fossilen Seesedimenten aus dem Holstein-Interglazial Ost-Polens JERZY NlTYCHORUK, JOCHEN HOEFS & JÜRGEN SCHNEIDER*)

- Holsteinian interglacial, Climate change, lacustrine sediments, C- and O-isotopes -

K u r z f a s s u n g : In Ost-Polen erbohrte Seesedimente mit einer Mächtigkeit bis zu 55 m (Ossowka-See) doku­ mentieren das ganze Holstein-Interglazial und die An­ fangsperiode der Saale-Eiszeit. An ausgewählten B o h r ­ kernen der Seen von Ossöwka und Wilczyn wurden palaeobiologische (Malakofauna, Palynologie und Pflanzen-Makroreste) und Isotopen-Untersuchungen durch­ geführt. Die für den längsten (55 m) und vollständig­ sten Bohrkern nahe der Ortschaft Ossöwka bestimmten C- und O-Isotopenwerte betragen: 313C: Minimalwerte bis -6,4 %o für Ablagerungen am Beginn des Interglazials, Maximalwerte bis +10,0 %o für Ablagerungen aus der kalten Frühglazialperiode; 3 0 : Maximalwerte bis -3,6 %o für Ablageningen aus dem ersten Abschnitt des Interglazial-Optimums, Mini­ malwerte bis -10,1 %o für Ablagerungen aus der kälte­ sten Periode unmittelbar vor der nächsten Vereisung. Generell gibt der Kurvenverlauf der O-Isotopenwerte gut die palynologisch dokumentierten Klimaverände­ rungen wieder. Im Profil sind jedoch zwei Perioden zu beobachten, in denen das Isotopenbild nicht mit der palynologischen Aussage übereinstimmt, einmal im kli­ matischen Interglazial-Optimum und zum anderen im jüngeren Teil des frühen Saale-Glazials 1 8

1. Während des klimatischen Optimums des Holsteininterglazials (Pollen-Zone G und H) sprechen die Isoto­ penkurven der Seesedimente für relativ kühle Klima­ verhältnisse. Dies kann durch eine Zunahme der Nie­ derschlagsmenge, die zu einer Seespiegel-Erhöhung führte und/oder durch den Einfluß von isotopisch leichten Zuflüssen erklärt werden. 2. Im oberen Teil des Profils, der eine kühle, der Verei­ sung vorangehende Phase darstellt, erreichen die 913Cund 9 0 - I s o t o p e unerwartet h o h e Werte, was mögli­ cherweise auf die Redeposition von "warmen" intergla­ zialen Ablagerungen und/oder auf eine Zunahme der Evaporation unter trockenen Steppenklima-Bedingun­ gen mit Seespiegel-Tiefständen zurückzuführen ist. Ab1 8

*) Anschriften der Verfasser: Dr. J . NITYCHORUK, Institute of Geology, Warsaw University, Al. 0wirki i Wigury, 02-089 Warsaw, Poland, Alexander-von-Humboldt-Stipendiat, Prof. Dr. J . HOEFS, Institut für Geochemie, Uni­ versität Göttingen, Goldschmidtstraße 1, D-37077 Göt­ tingen, Germany, Prof. Dr. J . SCHNEIDER, Institut für G e o ­ logie und Dynamik der Lithosphäre, Universität Göttingen, Goldschmidtstraße 3, D-37077 Göttingen, Germany

kühlungsphasen fallen mit der Verschiebung der Sauerstoffisotopenverhältnisse in Richtung einer 0 - Ver­ armung zusammen. 1 8

[Climate c h a n g e d u r i n g P l e i s t o c e n e : I s o t o p i c i n v e s t i g a t i o n s o f fossil l a c u s t r i n e s e d i m e n t s o f the H o l s t e i n i a n i n t e r g l a c i a l o f E a s t e r n P o l a n d ] Abstract: Lacustrine sediments o f the Holsteinian inter­ glacial and the early part o f the Saalian glaciation from Eastern Poland are exceptional in Europe: - they have a maximum thickness o f at least 55 m, - they are very homogeneous (lake marl and gyttja), - they have b e e n geologically and palaeobiologically investigated in great detail (pollen analysis, macrofossils, mollusc fauna). Oxygen and carbon isotope composition o f these sedi­ ments allow a precise reconstruction o f climatic varia­ tions to be made: Minimum values o f 3 13c (-6.4 %o) were found in the earliest part o f the interglacial period, maximum ( + 1 0 . 0 %o) values could be detected at the onset of the Saalian glaciation. T h e distribution o f the D 1 0 values follows an inverse trend. The maximum values (-3.6 %o) occur at the initial period of the inter­ glacial and the minimal (-10.1 %o) are associated with a progressive temperature decrease at the end o f the interglacial. 8

Generally the isotope data satisfactorily reflect the palynologically well-documented climatic changes. However there are two sections in the profile, where this correlation is poor: 1. At the palynologically defined interglacial climatic optimum the 1 0 curves indicate relatively cool climatic conditions. 8

2. In the upper part of the sediment profile, which prob­ ably reflects the onset o f the Saalian glaciation, the 0 and 13c - isotope curves have relatively high values, indicating too high temperatures. 1

8

8

For the first case an inflow o f 1 0 depleted groundwa­ ter or/and an increase o f precipitation with a rise of the lake level is postulated. In the second case the poor correlation is quite likely caused by a redeposition of sediments o f the wann in­ terglacial period, and/or by an enrichment o f 1 0 and 13c due to intense evaporation. 8


22

J E R Z Y NlTYCHORUK, J O C H E N HOBES & J Ü R G E N SCHNEIDER

Einleitung Klimafluktuationen

i m Pleistozän, v o n w a r m e n

I n t e r g l a z i a l e n b i s zu E i s z e i t e n , Änderungen

der

( I 8 0 / 1 6 O ) in

die Evaporationsverhältnisse, das V o r h a n d e n s e i n

s p i e g e l n s i c h in

Sauerstoffisotopenverhältnisse

Karbonaten wider, die durch tem­

peraturabhängige

Fraktionierungsprozesse

schen Karbonat und W a s s e r verursacht

zwi­

werden.

Dies b e l e g e n zahlreiche Untersuchungen a n m a ­ rinen

Sedimentprofilen

( z . B . SHACKLETON

&

O P D Y K E 1 9 7 3 , IMBRIE e t al. 1 9 7 3 , PISIAS e t al. 1 9 8 4 , M A R T I N S O N at al. 1 9 8 7 , S H A C K L E T O N e t al. 1 9 9 2 ) , v o n

d e n e n in d e r Regel l ü c k e n l o s e Profile e x i s t i e r e n . Isotopen-Untersuchungen

kontinentaler

Seese­

von Wasserzuflüssen, die Wassertiefe sowie d i e Entfernung 1976,

vom

Ozean

1 9 8 1 , EICHER

et

(EICHER

al.

&

SIEGENTHALER

1 9 9 1 , ROZANSKI

et

al.

1 9 9 3 ) . Klimatische und hydrologische Bedingun­ gen sind d i e wichtigsten Isotopen-Verhältnisse

Faktoren, welche d i e

der Seekarbonate

flussen. D i e oft v o r k o m m e n d e n

beein-

Sedimentations­

lücken, b z w . lokale h y d r o g e o l o g i s c h e Instabilitä­ ten e r s c h w e r e n d i e I n t e r p r e t a t i o n d e r I s o t o p e n Kurven a u s S e e n oder m a c h e n sie sogar u n m ö g ­ l i c h ( B E A U L I E U e t al. 1 9 9 4 ) .

Zu

besseren

Ergebnissen

führen

die Untersu­

dimente bringen nicht i m m e r

zufriedenstellende

c h u n g e n a n T r o p f s t e i n e n a u s H ö h l e n z. B . i n N e ­

Ergebnisse, vor allem w e g e n

der wechselnden

v a d a ( W I N O G R A D e t al. 1 9 9 2 ) s o w i e in N o r d - E n g ­

Sedimentationsbedingungen

u n d einer größeren

land (GASCOYNE 1 9 9 2 ) . O b w o h l

sich das d u r c h

Variabilität d e r W a s s e r z u s a m m e n s e t z u n g , d i e a u f

Tropfsteinuntersuchungen

die

bild v o n d e m u n t e r s c h e i d e t , w e l c h e s die U n t e r s u ­

geringe

Größe

Seen zurückzuführen

Abb.

der meisten

kontinentalen

ist. A n d e r e F a k t o r e n

sind

chungen

d e r marinen

gewonnene Isotopen­

Profile

1 : Lokalitäten m i t f o s s i l e n S e e s e d i m e n t e n a u s d e m H o l s t e i n - I n t e r g l a z i a l

erbracht

in O s t - P o l e n

haben,

(nach

N i T Y c h o r u k 1 9 9 4 , A L B R Y C H T e t al. 1 9 9 7 ) . Mit s c h w a r z e n P u n k t e n s i n d d i e L o k a l i t ä t e n m i t K a r b o n a t a b ­ lagerungen Fig.

gekennzeichnet.

1: Sites with fossil lake sediments dating from to the Holsteinian Interglacial in eastern Poland (after

NITYCHORUK 1994, ALBRYCHT et al. 1997). Black circles indicate locations with carbonate sediments.


Klima-Änderungen im Pleistozän: Isotopenuntersuchungen an fossilen Seesedimenten aus dem Holstein-Interglazial Ost-Polens

können die O-Isotopen-Kurven aus den Höhlen und Ozeanen mit Hilfe der Th/U-Datierungen verglichen werden. Das bisher genaueste Isotopen-Bild der paläoklimatischen Verändemngen wurde für die letzten 140 ka des Pleistozäns, darunter für die WeichselEiszeit und das Eem-Interglazial an grönlandi­ schen Eisbohrkernen und an Seesedimenten Mit­ teldeutschlands gewonnen ( D A N S G A A R D et al. 1993, J O H N S E N et al. 1995, L I T T et al. 1996). Viel schwieriger ist es aber, ältere, palynologisch gut datierte Interglaziale dem entsprechenden Isotopen-Stadium zuzuordnen, weil sie keine charak­ teristischen Isotopen-Kurven zeigen. Deshalb wird z. B . das Holstein-Interglazial, das aus den Untersuchungen der fossilen Sedimente der kon­ tinentalen Seen gut bekannt ist, dem 11. ( S A R N T HEIN et al. 1986, B E A U L I E U & REILLE 1995), 9. ( Z A G W I J N 1992) oder 7. ( L I N K E et al. 1985) O-IsotopenStadium aus Tiefseeprofilen zugeordnet.

Bisherige Untersuchungen an ostpolnischen Seen

Ende der 80er und Anfang der 90er Jahre wurde in Ost-Polen eine fossile Seenplatte ( N I T Y C H O R U K 1994,

A L B R Y C H T et al. 1997,

N I T Y C H O R U K et al.

1997)

entdeckt und beschrieben (Abb. 1). Die Seen sind in Form von Rinnensee-Ketten von einigen bis zu mehreren Kilometern Länge aufgereiht (Abb. 1) und erstrecken sich in SW-NE bzw. in W-E Rich­ tung, parallel zu den paläozoischen Strukturen ( N I T Y C H O R U K 1994). Diese Seenkette liegt in ei­ nem Bereich zwischen wechselnd kontinental bzw. ozeanisch beeinflußtem Klima. Somit sind nicht nur Klima-Wechsel in der Zeit, sondern auch im Raum zu berücksichtigen. Sowohl die Er­ gebnisse der palynologischen Analyse ( L I N D N E R et al.

1991,

KRUPINSKI

C H O R U K 1994, 1995,

1996,

&

NITYCHORUK

K R U P I N S K I 1995,

1991,

NITY­

BINKA & NITYCHORUK

N I T Y C H O R U K & B I N K A 1994,

NITYCHORUK

et al. 1997) als auch die Bestimmungen der in See­ sedimenten gefundenen Schnecken Viviparus diluvianus

( K U N T H . ) und

Lithoglyphuspyramida-

et al. 1991) -, deren Aussterben mit dem Ausklang des Holstein-Interglazials zu­ sammenfällt, ermöglichen es, diese Seenplatte in das Holstein-Interglazial zu stellen. In den bis heute ungefähr 30 beschriebenen Lokalitäten (Abb. 1) bestehen die fossilen Seesedimente aus Gyttja und Seekreide mit 30 m Mächtigkeit oder aus C -reichen Tonen mit eingeschalteten ver­ schiedenen Torfarten mit einer Mächtigkeit von tusMildf.

o r g

(LINDNER

23

einigen Metern ( N I T Y C H O R U K 1994). Aus den paly­ nologischen Untersuchungen kann geschlossen werden, daß die ganze Periode des Holstein-In­ terglazials und das danach folgende Frühglazial in den kalkigen Seesedimenten enthalten sind (Abb. 2, s. B I N K A & N I T Y C H O R U K 1996). Die fossilen Karbonatablagerungen sind in den obersten 2-3 m anzutreffen (Abb. 3). Die fossilen Seesedimente aus dem Holstein-Interglazial lie­ gen auf dem Geschiebelehm und den glazifluvialen Sanden der Elster-Eiszeit (Abb. 3). Der Ur­ sprung dieser Seen kann im Schmelzen des Inland­ eises vermutet werden, was die an der Basis der Karbonatserien erhaltenen Silte und Tone bestäti­ gen. Die bislang für zwei Seen durchgeführten Datierungen dieser Tone (mit Hilfe der Thermolumineszenz-Methode) haben unterschiedliche Alter zwischen 4 3 0 (? zu hoch) und 230 ka ( K R U ­ PINSKI 1995) ergeben und bestätigen damit diesen zeitlichen Rahmen. Glazialablagerungen, die über den Seeablagerungen liegen, entstanden durch den Eiszerfall der Gletscher, die nach dem Holstein-Interglazial das Gebiet erreichten. Sie haben ein Alter zwischen 163 ± 24 ka und 186 + 28 ka (Abb. 3) und datieren diese Sedimente auf die Saale-Eiszeit ( N I T Y C H O R U K 1994). 1996 wurde eine neue Serie von Bohrungen mit vollständigen Kernen durchgeführt. Eine dieser Bohrungen (OS. 1/96) ergab in dem Ort Ossöwka eine vollständige Sediment-Abfolge mit einer Mächtigkeit von 55 m (Abb. 2, 3)- Der gewonne­ ne Kern enthält in seinem unteren Teil einen 17 m langen Abschnitt mit einer Wechsellagerung (dunkel-hell). Die detaillierten palynologischen Bestimmungen ergaben, daß der 17 m lange la­ minierte Kernteil (35-52 m - Abb. 2) während des Holstein-Interglazials entstand. Im frühglazialen (nicht laminierten) Teil des Kerns herrschten boreale Kiefer- und Birken-Wälder und subarktische Verhältnisse vor. Das in dem 55 m langen Kern (OS. 1/96 - Abb. 2) enthaltene palynologische Bild ist von allen Bohrungen, die bisher für das Holstein-Interglazial in diesem Teil Europas ge­ wonnen wurden, am vollständigsten und ist ver­ gleichbar mit früheren Untersuchungen ( K R U P I N S ­ KI 1995) an Kernen von 29 m (OS. 2/90) und 34 m (OS. 1/90) Länge (Abb. 2, 3).

Analyse-Methoden

An diesen besonders mächtigen und vollständig geologisch, palynologisch sowie malakologisch bearbeiteten fossilen Seesedimenten wurde die


24

JERZY NITYCHORUK, JOCHEN HOEFS & JÜRGEN SCHNEIDER

OSSÖWKA

WILCZYN -

LACHOWKA

m as.l. K 1/93

150 - I

WK 1/92 LM 1/96

140 -

130 -

120

110 -

100

A b b . 2: A u s g e w ä h l t e p a l y n o l o g i s c h b e a r b e i t e t e Kern-Profile. 1 - K a r b o n a t - A b l a g e r u n g e n aus d e m H o l ­ stein-Interglazial; 2 - K a r b o n a t - A b l a g e r u n g e n , Gyttja u n d S e e k r e i d e aus d e r f r ü h e n Saale-Zeit; 3 - La­ m i n i e r t e S e d i m e n t e ; 4 - M a l a k o f a u n a ; 5 - D e c k s c h i c h t ; 6 - K e r n p r o f i l e mit A n a l y s e n der I s o t o p e 1 3 c und 0 ( d i e z e i t l i c h e Z u o r d n u n g basiert; a u f P o l l e n u n t e r s u c h u n g e n ) . Fig. 2: Selected palynologically analysed core-profiles. 1 - carbonate sediments o f the Holsteinian Interglacial; 2 - carbonate sediments, gyttya and lacustrine chalk of the early Saalian Glaciation; 3 - laminated sediments; 4 - mollusc shells; 5 - non lacustrine cover sediments; 6 - core profiles with oxygen and carbon isotope analyses (correlation based o n palynological analyses). 1

8

1 8

I s o t o p e n z u s a m m e n s e t z u n g ( 0 , F3C) b e s t i m m t . Dazu w u r d e n zwei K e r n e aus den fossilen Seen O s s ö w k a ( O S . 1/96, 55 m L ä n g e ) u n d W i l c z y n ( W L 1/96, 35 m L ä n g e ) a u s g e w ä h l t ( A b b . 2, 3). Die K e r n e wurden systematisch im Abstand v o n e i n e m halben Meter beprobt und auf ihre Isoto­ penzusammensetzung untersucht. Für jeden K e r n l a g e n bereits b e i B e g i n n der U n t e r s u c h u n g u m f a n g r e i c h e p a l y n o l o g i s c h e D a t e n vor, d i e e i n e K o r r e l a t i o n der I s o t o p e n w e r t e mit d e n p a l y n o l o ­ gischen Daten ermöglichen. Die C - und O-Isotopenzusammensetzung wurde n a c h d e r k l a s s i s c h e n M e t h o d e v o n M C C R E A (1950)

b e s t i m m t . D a s C 0 w u r d e mit Hilfe e i n e s G a s m a s s e n s p e k t r o m e t e r s F i n n i g a n - M A T 251 i m G e o c h e m i s c h e n Institut d e r Universität G ö t t i n g e n analysiert. 2

Die 13C- u n d

l s

O - K o n z e n t r a t i o n e n der u n t e r s u c h ­

ten P r o b e n w e r d e n w i e ü b l i c h als 3-Werte a u s g e ­ drückt

u n d sind in %o a u f d e n Standard P D B b e ­

z o g e n . D e r a n a l y t i s c h e F e h l e r für die 3 ' 3 C - W e r t e 1 8

beträgt e t w a ± 0,1 %o, b z w . für die 3 0 - W e r t e

± 0,2 %o. Aufgrund d e r g r ö ß e r e n V o l l s t ä n d i g k e i t w i r d i m f o l g e n d e n i n s b e s o n d e r e d a s Profil O S . 1/96 ( A b b . 2, 3) diskutiert.


Klima-Ändemngen im Pleistozän: Isotopenuntersuchungen an fossilen Seesedimenten aus dem Holstein-Interglazial Ost-Polens

25

Palynologische Befunde

|186+-28ka|

WL u» WL um

Zum besseren Verständ­ nis der Isotopendaten soll zunächst das palyno­ logische Bild der Vegeta­ tions-Änderungen im Holstein-Interglazial und in der Anfangsphase der folgenden Kaltzeit zu­ sammengefaßt werden

C E X V ™

(s.

BINKA

1995,

& NITYCHORUK

1 9 9 6 , KRUPINSKI

1995). In der Anfangsphase des Holstein-Interglazials, nach einem noch kühlen Klima der Endphase der Eiszeit, herrschte ein boreales Klima. Vertreten wird es durch die PollenZonen (Abb. 4, 5): I (Zo­ ne A - Betula-

I „

j ,3

j

I

Abb. 3: Geologisches Profil durch die Lokalitäten Wilczyn-Lachowka und Ossöwka. KREIDE: 1 - Mergel; TERTIÄR: 2 - Glaukonitsand; QUARTÄR: Menap-Vereisung: 3 - Geschiebelehm; Cromer-Interglazial: 4 - Sand und Silt mit Malakofauna und organischen Resten; Elster-Vereisung: 5 - Sand Silt und Ton mit organischen Resten, 6 - Geschiebelehm, 7 - grobkörniger Sand; Holstein-Interglazial: 8 - Gyttja und Seekreide; Saale-Glazial: 9 - Silt, 10 - Ge­ schiebelehm; Saale-Glazial bis Holozän: 11 - Sand und Silt, 12 - Bohrungen; 13 - Bohrungen aus dem Profil; 14 - palynologisch bearbeitete Kernprofile; 15 - Kernprofile mit Analysen der Isotope '3C und 0 ; 16 - TL -Datierun­ gen (nach N I T Y C H O R U K 1994, B I N K A et al. 1997). 1 8

Fig. 3: Geological section o f the Wilczyn-Lachowka and Ossöwka sites. CRETA­ CEOUS: 1 - marl; TERTIARY: 2 - glauconite sand; QUATERNARY: Menap Gla­ ciation: 3 - till; Cromer Interglacial: 4 - sand and silt with mollusc shells and or­ ganic detritus; Elster Glaciation: 5 - sand, silt and clay with organic detritus, 6 till; 7 - coarse-grained sand; Holstein Interglacial: 8 - gyttja and lacustrine chalk; Saale Glaciation: 9 - silt, 10 - till; Saale Glaciation - Holocene: 11 - sand and silt, 12 - coring site, 13 - coring site outside the profile, 1 4 - core profiles with palynological analyses, 15 - core profile with oxygen and carbon isotope analyses, 1 6 - TL age (after NITYCHORUK 1 9 9 4 , BINKA et al. 1 9 9 7 )

NAP - Bir-

ke-NAP, Zone B - BetulaPinus - Birke-Kiefer) und n (Zone C - und Zone D Picea-Alnus - Fichte-Er­ le). In der Pollenperiode I erwärmte sich das Kli­ ma allmählich, aber deut­ lich, es besaß jedoch noch kontinentale Merk­ male. Die Kontinentalität des Klimas zeigt sich durch einen trockenen und wannen Sommer, ei­ nen frostigen und langen Winter, eine kurze Vege­ tationsperiode sowie ei­ ne lange Zeit, in der die Seen mit einer Eisschicht bedeckt waren. In der Pollenperiode I I herrschte e i n ziemlich mildes und feuchtes Kli­ ma mit warmen Som­ mern und langen, feuch­ ten und ziemlich kalten Wintern. Im klimatischen Optimum des Interglazials (Pollen-Periode III) wuchsen Mischwälder und e s herrschte ein gemäßigtes Klima. In den


26

JERZY NITYCHORUK, JOCHEN HOEFS & JÜRGEN SCHNEIDER

OS. 1/90 Depth (m)

BETULA PINUS LU

0.

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F T C/D A/B

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Abb. 4: Pollendiagramm des Holstein-Interglazials für Lokalität Ossöwka 1/90 - s. Abb. 2. (vereinfacht nach KRUPINSKI 1995). 1 - Ton, 2 - Kalkgyttja und Seekreide, 3 - Torf und Sand Fig. 4: Pollen diagram of the Holsteinian Interglacial site of Ossöwka site 1/90 (simplified, based o n KRUPINSKI 1995).


Wima-Änderungen im Pleistozan: Isotopenuntersuchungen an fossilen Seesedimenten aus dem Holstein-Interglazia! Ost-Polens

Kllmotlaches Interglazlal-Optlmum

FRÜHES ÜIAZIA

Olazlali

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F e u c h t i g k e i t u n d mit t i e f e r e n T e m p e r a t u r e n . Z o -

B ä u m e und es herrschten folgende klimatische

n e G - Abies-Carpinus-Quercus

Verhältnisse:

che-Eiche) - erneute Ozeanität des Klimas - milde

Z o n e E - Taxus-Picea-Alnus

(Tanne-Hainbu-

(Eibe-Fichte-Erle) -

u n d k u r z e Winter, l a n g e V e g e t a t i o n s p e r i o d e mit

t y p i s c h e V e r t r e t e r für e i n Klima mit a u s g e p r ä g t e n

reichlichen Niederschlägen. Wichtige Klimaindi-

ozeanischen

Merkmalen,

k a t o r e n sind Hex, Hedera

Feuchtigkeit

und

die

durch

zunehmende

steigende

u n d Viscum.

Zone H -

j

Niederschläge,

c7fl^mws-C)i/c rc'MS-z4feit(?5(WeifsbLiche-Eiche-Tan-

durch einen ziemlich langen und feuchten Som-

n e ) . D a s Klima in d i e s e r P o l l e n z o n e w a r nicht e i n -

m e r u n d m i l d e n W i n t e r s o w i e durch e i n e v e r l ä n -

heitlich. In i h r e m ä l t e r e n A b s c h n i t t b e s a ß d a s Kli-

g e r t e V e g e t a t i o n s p e r i o d e charakterisiert sind. F ü r

m a ozeanische Merkmale - h o h e Feuchtigkeit und

das m i l d e K l i m a spricht a u c h das v o n Hedem

und

Vorkommen

Viscum.

Z o n e F - Pinus-Picea-Alnus

e i n e leicht n i e d r i g e r e S o m m e r t e m p e r a t u r i m V e r g l e i c h zu d e r v o r a n g e h e n d e n

(Kiefer-Fichte-Erle) -

k o n t i n e n t a l e s K l i m a o h n e Hedera mit g e r i n g e r e n N i e d e r s c h l ä g e n u n d

und

Viscum,

verringerter

P e r i o d e . In

j ü n g e r e n A b s c h n i t t d a g e g e n traten

dem

kontinentale

M e r k m a l e mit v e r l ä n g e r t e n u n d k ü h l e r e n W i n t e r n auf. I n d i k a t o r e n w i n t e r m i l d e r K l i m a t e f e h l e n .


1H

Die

JERZY NITYCHORUK, JOCHEN HOEFS & JÜRGEN SCHNEIDER

E n d p h a s e d e s Interglazials w i r d d u r c h d i e

J

Interpretation d e r 3C- und

P o l l e n - P e r i o d e I V vertreten, für d i e b o r e a l e K i e ­

1 8

0-lsotopen-

Kurven u n d Vergleich mit d e n

fernwälder charakteristisch sind (Abb. 4).

palynologischen Untersuchungen

Zu d i e s e r Zeit w a r d a s K l i m a n o c h f e u c h t u n d z i e m l i c h m i l d . A l l m ä h l i c h w e c h s e l t e e s zu e i n e m i m m e r t r o c k e n e r u n d kälter w e r d e n d e n Klima mit l a n g e n frostigen W i n t e r z e i t e n u n d t r o c k e n e n , nicht b e s o n d e r s w a r m e n S o m m e r n . F ü r d i e s e D e u t u n g spricht d i e E n t w i c k l u n g d e r S t e p p e n v e ­ g e t a t i o n . I m frühen G l a z i a l w e c h s e l t e d a s K l i m a zu s u b a r k t i s c h e n V e r h ä l t n i s s e n ( P o l l e n - P e r i o d e V), in d e r Sträucher, G r ä s e r u.a. d o m i n i e r t e n . I n d e r P o l l e n z o n e K - NAP ( s . A b b . 5 ) h e r r s c h t e e i n t r o c k e n e s kaltes k o n t i n e n t a l e s K l i m a m i t e i n e r langen Winterperiode s o w i e mit einer trockenen und kurzen Vegetationsperiode.

Wie

aus den palynologischen

Untersuchungen

geschlossen w e r d e n kann, überdecken

die ge­

m e s s e n e n I s o t o p e n k u r v e n d a s g a n z e Interglazial in O s s ö w k a , s a m t d e m e i n i g e z e h n t a u s e n d J a h r e d a u e r n d e n frühglazialen Zeitabschnitt. I n d e r L o ­ kalität W i l c z y n e n t s p r e c h e n d i e I s o t o p e n k u r v e n dagegen (Abb.

n u r d e m interglazialen

Zeitabschnitt

6 ) . B e i d e Kurven zeigen einen

ähnlichen

V e r l a u f trotz g e w i s s e r U n t e r s c h i e d e in d e n a b s o ­ luten W e r t e n . D i e b e o b a c h t e t e K o r r e l a t i o n d e r '3C-

und

1 8

0 - W e r t e in O s s ö w k a ist t y p i s c h für

S e e k a r b o n a t e in h y d r o l o g i s c h g e s c h l o s s e n e n G e ­ w ä s s e r n . D a g e g e n ist e i n e s o l c h e K o r r e l a t i o n in Wilczyn wesentlich schwächer ausgeprägt und

Z o n e L - Juniperus ( W a c h o l d e r ) - zeigt e i n e g e ­ ringe K l i m a v e r b e s s e r u n g . d i e s i c h in e i n e r stei­ g e n d e n F e u c h t i g k e i t ä u ß e r t e , s o w i e in d e r R e ­ duktion d e r Temperaturamplitude zwischen d e m wärmsten und d e m kältesten Monat im J a h r u n d in d e r V e r l ä n g e r u n g d e r V e g e t a t i o n s p e r i o d e . G e ­ gen Ende der Periode V erscheinen Wälder ( Z o n e M - Betula-Larix - B i r k e - L ä r c h e ) . D a s Klima ver­ b e s s e r t s i c h deutlich, e s w i r d f e u c h t e r u n d w ä r ­ m e r mit e i n e r v e r l ä n g e r t e n V e g e t a t i o n s p e r i o d e .

spricht e h e r für e i n o f f e n e s S y s t e m (EICHER & S I E GENTHAIER

1 9 7 6 , F R I T Z et al.

1 9 7 5 . TALBOT 1 9 9 0 ,

E I C H E R et al. 1 9 9 1 , H O E F S 1 9 9 6 ) .

Die

Paläoseen v o n Wilczyn und O s s ö w k a

sind

detailliert p a l y n o l o g i s c h u n t e r s u c h t , w o b e i P o l ­ l e n d i a g r a m m e für s e c h s K e r n e d e r f o s s i l e n S e e ­ sedimente

aus

Wilczyn

(BINKA

&

NITYCHORUK

1 9 9 5 , 1 9 9 6 , KRUPINSKI 1 9 9 5 , B i n k a et al. 1 9 9 7 ) s o ­

wie

zwei

Diagramme

für O s s ö w k a

(KRUPINSKI

1 9 9 5 ) erarbeitet wurden. D a s reiche palynologische

Material e r l a u b t

e i n e detaillierte

Analyse

Die Z o n e n L u n d M sind e i n e t y p i s c h e E i n w a n d e ­

möglicher Paläoklimaveränderungen und die Ab­

r u n g s f o l g e v o n d e r Kaltzeit z u r W a r m z e i t . E i n e

leitung v o n W a s s e r s p i e g e l s c h w a n k u n g e n in d e m

k u r z e E n t w i c k l u n g s p h a s e d e r K i e f e r n w ä l d e r in

P a l ä o s e e ( B I N K A & N I T Y C H O R U K 1 9 9 6 , B I N K A e t al.

d e r P e r i o d e V I ( Z o n e N - Pinus-

Kiefer), als e s z u

1 9 9 7 ) . E s e r m ö g l i c h t ferner, b e s t i m m t e A b s c h n i t ­

e i n e r R ü c k k e h r z u m b o r e a l e n K l i m a mit k o n t i ­

te d e r I s o t o p e n k u r v e n

nentalen Merkmalen kam, wird durch eine erneu­

k u n g e n z u z u o r d n e n . D i e I s o t o p e n k u r v e n für d e n

konkreten Klimaschwan­

5 5 m l a n g e n K e r n in O s s ö w k a sind in d e n A b b i l ­

te A b k ü h l u n g ( P e r i o d e V I I ) u n t e r b r o c h e n .

d u n g e n 5 u n d 6 dargestellt. D i e P h a s e n e i n e r A b ­ Die

Abkühlung verursachte eine Expansion v o n

k ü h l u n g d e s K l i m a s sind mit Pfeilen ( v o n 1 b i s 6 )

S t r ä u c h e r n u n d K r ä u t e r n in e i n e r e n t s p r e c h e n d e n

auf d e r A b b . 5 v e r m e r k t .

Einwanderungsfolge (Zone O -

Die

Salix

Betula-Artemisia-

Betula-Juniperus-Larix-Pte-

grauen etwa 1 c m mächtigen Ton-Siltlagen mit

- B i r k e - B e i f u ß - W e i d e , Z o n e P - Juniperus

Wacholder, Zone Q ridium

- Birke-Wacholder-Lärche-Pteridium). D i e

P o l l e n - P e r i o d e n V H I ( Z o n e R - Pinus) n e V - Pinus) dominierenden

ä l t e s t e n P r o b e n v o n d e r B a s i s d e r Profile

stammen aus einer Wechsellagerung v o n dunkel­

und X (Zo­

s t e l l e n d e n K i e f e r n w a l d als d e n B e s t a n d t e i l d e r F l o r a dar. E i n e

hellgrauen Silt-Sandlagen; diese Ablagerung ent­ stand

unmittelbar

nach dem Abschmelzen des

Inlandeises d e r Elster-Vereisung. Aufgrund d e r palynologischen Befunde m u ß die Sedimentation

A b k ü h l u n g s p h a s e trennt diese P e r i o d e n vonein­

der 2 m mächtigen Sedimentschicht

ander: EX ( Z o n e S - Adlerfarn-NAP-Pmwi, Z o n e T

ziemlich trockenen u n d kühlen Klima d e r Tundra

- Juniperus,

Z o n e U - Betuld)

erfolgt s e i n . D i e s p ä r l i c h e Flora e r l e i c h t e r t e d i e

Pinus-NAP,

Z o n e X - Betula-Larix-

Y-NAP-Pinus). den

nächsten

Diese

und X I (Zone W NAP, Z o n e

Zeitabschnitt,

des

Paläosees

in d e m e i n s u b ­

das

vorwiegend

a r k t i s c h e s K l i m a m i t stark k o n t i n e n t a l e n malen

herrschte

und der das

nächste Inlandeis ankündigte.

E r o s i o n u n d d a s A u s s p ü l e n v o n a u s d e n Ufern

bildet

Abkühlungsphase

Merk­

bevorstehende

in e i n e m

(Abb.

stammendem

Sedimentmaterial,

aus Geschiebelehm

bestand

3). 1 8

D i e z i e m l i c h h o h e n 3 0 - W e r t e ( A b b . 5 ) z u r Zeit d e s k a l t e n s u b a r k t i s c h e n Klimas

spiegeln daher


Klima-Ändeningen im Pleistozän: Isotopenuntersuctiungen an fossilen Seesedimenten aus dem Holstein-Interglazial Ost-Polens

29

D i e in d e m Profil zu b e m e r k e n d e p l ö t z ­ liche

OSSÖWKA 1 / 9 6

Sedimentationsänderung

hin

zu

o l i v - g r a u e m Silt ( s e h r fein g e s c h i c h t e t , die

i 1 \

/

\

''

i i

f

V

"\

\

! -J

\

- A / y—v*^-/\_/

\

\.J

A

i

\

S c h i c h t e n mit ca.

spricht a u c h

den

0,5

mm-

5 3 , 5 m Teufe)

ent­

plötzlichen

Schwan­

kungen der Isotopen-Kurve und dies so­

J VV

1! \ M'

dünnsten

Mächtigkeit;

w o h l für 13C als a u c h für i « 0 . D i e 3'3C Werte

j

' Ali

erniedrigen

- 6 , 0 %o, u n d d i e d

\J\\

1 8

sich

von

0,0

bis

0 - W e r t e steigen von

- 6 , 2 bis - 3 , 5 %o ( A b b . 6 ) . D i e s e V e r s c h i e ­ bungen werden dahingehend

v\j-

gedeutet,

d a ß aus e i n e m flachen B e c k e n ein e h e r

1

tiefer S e e w u r d e . D i e Ä n d e r u n g d e r hy­ d r o l o g i s c h e n V e r h ä l t n i s s e g i n g mit d e r Temperatursteigerung

• 1 1 III m

V

die

für

1 II 1 1 T 1 T T •1 i i1 iT i i111 1i 111i T 11 i 111I 1 1 T 1 T 30

VI

einher,

d e n B e g i n n d e s Interglazials c h a r a k t e r i ­

35

40

45

IV

50

III

VI-? XI

55

II

1

II

1

m

stisch ist u n d mit d e m S p r u n g NAP m i ­ n u s Pinus ( i n K a l i l o w , W o s k r z e n i c e u n d K o m a r n o - A b b . 1 ) parallelisiert w e r d e n k a n n . D i e E r w ä r m u n g führte zu e i n e r in­ f i

tensiveren Verdunstung, w a s die

I WILCZYN 1 / 9 6

i O-

A n r e i c h e r u n g d e r K a r b o n a t e erklärt. D i e V e r s c h i e b u n g d e r 3 '3C-Werte in R i c h ­ tung

.A /A \ f!l v\/i 1

'•

i3C-Verarmung

kann

und/oder gerin­

g e n Aktivität d e s P h y t o p l a n k t o n s verur­

\

!

eine

Flußwasser bei einer insgesamt

I II

-f

auf

durch Einfließen von Grund-

-Ar „ A

v

v

s a c h t s e i n ( E I C H E R et al. 1 9 9 1 ) .

,,.„s x

s

1

A VA

-,- A

-

/ \

/ V ^ A a A ^ " ^

V

Eine ähnliche Erscheinung einer Zunah­ m e der d

l s

O - W e r t e wird a u c h a m Ü b e r ­

gang vom späten Weichsel-Glazial zum H o l o z ä n in d e n Profilen aus d e m G o s -

A ^ \

c i a z - S e e ( K u c et al. 1 9 9 3 , G O S L A R et al. 1 9 9 5 ) s o w i e in d e n E i s k e m e n a u s G r ö n ­ l a n d ( D A N S G A R D et al. 1 9 9 3 ) festgestellt.

V

ALSO

EISE

- iiiiiiiiiiiiiiiiMiiiMMiiiiuiiiiiirTriiiiiiiiiMiTTTiriiiTiiriiiii

Das Erscheinen und der Rückgang der Birken-Kiefern-Wälder ( Z o n e A / B ) geht mit e i n e r K o n t i n e n t a l i s i e r u n g

Abb. 6: Isotopen-Kurven des

X

3 C und

1

8

0 für d i e Lokalitä­

ten O s s ö w k a u n d W i l c z y n ( K a r b o n a t - A b l a g e r u n g e n ) . K o r ­ relation a u f g r u n d d e s C a C O ^ - G e h a l t e s u n d d e r p a l y n o l o g i ­ s c h e n U n t e r s u c h u n g e n . I, II, III ... - P o l l e n - P e r i o d e n ( n a c h Fig. 6: T h e isotope curves o f 13c and O for Ossöwka and Wilczyn sites (carbonate sediments). Correlation based on GaCO3 and palynological analyses. I, II, III - pollen periods (KRU­ PINSKI

1995).

Kli­

Trockenheit, und einer anschließenden A b k ü h l u n g . D i e s führt n a c h e i n e r kur­ z e n , p a l y n o l o g i s c h nicht gut Erwärmung ( d

KRUPINSKI 1 9 9 5 ) . M

des

m a s e i n h e r ( A b b . 5 ) , d. h. mit h ö h e r e r

1

8

faßbaren

0 - 3 , 5 %o b e i 5 4 , 0 m ) zu

einer nachfolgenden

Verringerung

der

3 i " 0 - W e r t e a u f e t w a - 5 , 5 %o ( A b b . 4 , 5 ) , bedingt wahrscheinlich durch eine Ab­ kühlung

u n d eine Reduktion der Ver­

d u n s t u n g . D a s V e r w i s c h e n e i n e r deutli­ möglicherweise

den

klastischen

Eintrag

von

chen

S c h i c h t u n g in d e n

Sedimenten

zwischen

paläozoischen bzw. m e s o z o i s c h e n marinen Kar­

52,3 m und 5 3 , 5 m kann auf eine vorübergehen­

b o n a t e n a u s Moränenmaterial wider. H o h e d ^ C -

de

W e r t e s p r e c h e n für g e r i n g e Aktivität d e s P h y t o -

w e r d e n ( A b b . 2 ) . E r h ö h t e M e n g e n a n S c h w e f e l in

planktons.

d e n A b l a g e r u n g e n ( A b b . 5 ) g e h e n mit d e r S e n -

Verflachung

des

Palaeosees

zurückgeführt


Quaternary Science Journal - Klima-Änderungen im Pleistozän: Isotopenuntersuchungen an fossilen...