Bestimmung von Meeresspiegel- Schwankungen mit fossilen Korallen (Bodo Werner)
Bestimmung von Meeresspiegel-Schwankungen mit fossilen Korallen
(Bodo Werner)
Gliederung
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
1. Motivation
2. 18O-Methode1. Milankovitch-Theorie
3. Fossile Korallen
4. Ergebnisse / Ausblick
3.1 Th / U - Methode3.2 Barbados 3.3 Aqaba (Jordanien)
Inhalt:
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
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
1. Motivation
Wodurch wird der Meeresspiegel beeinflusst?
Warmzeiten: Meeresspiegel hoch
Kaltzeiten: Meeresspiegel tief
Meeresspiegel alsglobaler Klimaindikator
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
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 H2
18O
H218O kondensiert leichter als
H216O
2.18O-Methode
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
2.18O-Methode
0 50 100 150 200 250 300 350 400 450 500 550 600 650 700 750 800
A lte r [k a ]
-2 .4
-2.0
-1.6
-1.2
-0.8
-0.4
0.0
0.4
0.8
1.2
1.6
2.0
O [
]
3 5 7 9 11 13 15 17 21
18
18O
[‰
]
18O-Variationen werden in den Calciumcarbonat(CaCO3)-Schalen von Foraminiferen gespeichert
10001)/(
)/(
standart1618
sample1618
18
OO
OOO
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
MIS: Marines Isotopen Stadium
2.1 Milankovitch - Theorie
Die Insolationskurve bei 65° Nord
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
Kühlere Sommertemperaturen in hohen nördlichen Breiten führen zum Wachstum kontinentaler Eisschilde.
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“)
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
2.18O-Methode
0 20 40 60 80 100 120 140
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
-120
-100
-80
-60
-40
-20
0
20
Specmap (Imbrie et al., 1984) Shackleton, 2000 Waelbroeck et al., 2002 Lea et al., 2002 Siddall et al., 2003
Se
a le
vel [
m r
.p.s
.l.]
Age [kyr]
Veröffentlichungen:
Sehr große Unterschiede!
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
- 18O-Gehalt in Foraminiferen wird auch von der Temperaturbeeinflusst (-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:
2.18O-Methode
Absolute Messmethoden notwendig (z.B. fossile Korallen)… vor allem zum Testen der Milankovitch-Theorie
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3. Fossile Korallen
Fossiles KorallenriffLebendes Korallenriff
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3. Fossile KorallenKorallenwachstum hängtab von:-Lichteinfall-Wellenenergie-Wassertemperatur
Acropora palmata: ~5m unter Wasseroberfläche
sehr gut geeignet zur Meeresspiegelbestimmung
Riffentwicklung bei stabilentektonischen Verhältnissen
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
Schellmann & Radtke, 2004
3. Fossile Korallen
L = E – R x TL: 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 Platteunter die Atlantische Platte
Clermont Nose Traverse, Barbados(nach Mesolella, 1968)
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
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(230Th(t=0))=0 Koralle ist ein geschlossenes System für Uran und Thorium
Daraus resultierende DGLs:
238238238)1( Ndt
dN
238238234234234)2( NNdt
dN
234234230230230)3( NNdt
dN
Ni: Anzahl der Atomei = ln 2 / T1/2: Zerfallskonstante [1/y]
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.1 Th/U- Datierungsmethode
Zwei „Uhren“:
11)1( 234
0
238
234
238
234
t
t
eU
U
U
U
)1(1)1()2( )(
234230
230238
234
238
230234230230t
t
t
t
eU
Ue
U
Th
mit 230Th(t=0) = 0und 234 bzw. 230 >> 238
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.2 Fossile Korallen Barbados
Meerwasser und rezente Korallen: (234U/238U) = 1 .15
Entwicklung der Aktivitätsverhältnissemit (234U / 238U)0 = 1.15
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
seawater evolution curve
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.
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
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.
Bisheriges Verfahren:
- Nur Alter mit (234U/238U)0 = 1.15 ± 0.005 werden als glaubwürdig angesehen
Die Effekte, die erhöhte initiale (234U/238U) Aktivitätsverhältnisse produzieren sind unbekannt.
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)
Geografische Lage der Proben
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)
Terrasse 1: 4 – 5 m über Meeresspiegel
Terrasse 2: 7 –10 m über Meeresspiegel
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)Messergebnisse
Th/U-Alter:113.7 – 151.6 ka
10001238
234234
U
UUNach bisherigen Kriterien wäre keines dieser Alter glaubwürdig!
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)
Alter verschiedener Stücke einer Koralle stark linear korreliert (R>0,99)!
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)
‘wahres‘
Alter ?
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
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 234U–Wert (>1.15) ein
234U 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
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)
totalU
Th
totalUU
U
Th
U
Th
U
U
U
U
U
Th
U
Th
U
Th
U
U
U
Th
U
U
238
230
1238
230
2238
2301
238
234
2238
234
1238
230
2238
2301
238
230
2238
234
2238
230
1238
234
238
234
Isochronengleichung:
Vergleich Modell Daten
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
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
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
4. ErgebnisseAQB 1H AQB 1K
AQB 1A AQB 7G
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Th / U MethodeBarbados Aqaba
4. Ergebnisse
117.1 ± 6.54 – 5 m aslAQB 1H
114.8 ± 4.14 – 5 m aslAQB 1A
106.4 ± 3.14 – 5 m aslAQB 1K
121 ± 2.17 –10 m aslAQB 7G
121.9 ± 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
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
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
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
4. Ergebnisse / Zusammenfassung
Verlauf des Meeresspiegel (Bestimmung anhand fossiler Korallen)
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
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
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
Motivation18O- Methode Fossile Korallen Ergebnisse
Th / U MethodeBarbados Aqaba
Danke fürs
Zuhören!
Danke fürs
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