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



1. Motivation

Wodurch wird der Meeresspiegel beeinflusst?

Warmzeiten: Meeresspiegel hoch

Kaltzeiten: Meeresspiegel tief

Meeresspiegel alsglobaler Klimaindikator



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



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



MIS: Marines Isotopen Stadium

2.1 Milankovitch - Theorie

Die Insolationskurve bei 65° Nord



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“)



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!



- 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



3. Fossile Korallen

Fossiles KorallenriffLebendes Korallenriff



3. Fossile KorallenKorallenwachstum hängtab von:-Lichteinfall-Wellenenergie-Wassertemperatur

Acropora palmata: ~5m unter Wasseroberfläche

sehr gut geeignet zur Meeresspiegelbestimmung

Riffentwicklung bei stabilentektonischen Verhältnissen



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)



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]



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



3.2 Fossile Korallen Barbados

Meerwasser und rezente Korallen: (234U/238U) = 1 .15

Entwicklung der Aktivitätsverhältnissemit (234U / 238U)0 = 1.15



seawater evolution curve


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.




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.



3.3 Fossile Korallen Aqaba (Jordanien)

Geografische Lage der Proben




Terrasse 1: 4 – 5 m über Meeresspiegel

Terrasse 2: 7 –10 m über Meeresspiegel



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!




Alter verschiedener Stücke einer Koralle stark linear korreliert (R>0,99)!




‘wahres‘

Alter ?




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




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



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



4. ErgebnisseAQB 1H AQB 1K

AQB 1A AQB 7G



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



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



4. Ergebnisse / Zusammenfassung

Verlauf des Meeresspiegel (Bestimmung anhand fossiler Korallen)



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





Danke fürs

Zuhören!

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