Stratigraphie und Paläökologie im Oligo-Miozän des Mediterran

Die globale chronostratigraphische Gliederung von Oligozän und Miozän ist zum Großteil in Abfolgen von Tiefwassersedimenten im Mittelmeerraum definiert. Ihre Einstufung erfolgt weitgehend mit Hilfe der Biostratigraphie, insbesondere mit planktonischen Fossilien (Foraminiferen, kalkiges Nannoplankton). Zusätzlich wurde in jüngerer Zeit vor allem durch die Anwendung der Astrochronologie eine wesentlich höhere zeitliche Auflösung erreicht. Demgegenüber ist die stratigraphische Zuordnung von zeitgleichen Seichtwasserablagerungen im Mittelmeerraum vergleichsweise nur sehr grob möglich und die Korrelation mit den Tiefwasserablagerungen ist bisher ebenfalls schlecht. Dies liegt nicht nur an der geringen Häufigkeit von planktonischen Fossilien und der lückenhaften Gesteinsüberlieferung in seichtmarinen Ablagerungsräumen, sondern auch an der bisher sehr ungenügenden Untersuchungsintensität und -genauigkeit trotz weiter Verbreitung von Flachwassersedimenten im gesamten Mittelmeerraum. Um die stratigraphische Auflösung dieser Seichtwasserablagerungen zu verbessern und deren genaue Korrelation mit den Referenzprofilen in den Tiefwassersedimenten zu ermöglichen, sollen detaillierte sedimentologisch/paläontologische Untersuchungen in ausgewählten Gebieten mit einem integrierten stratigraphischen Forschungsansatz kombiniert werden. Diese Areale sind einerseits die Maiella Plattform im Apennin, andererseits die Malta-Ragusa Plattform, die sich zwischen Sizilien und Malta erstreckt. Beide Gebiete repräsentieren Karbonatplattformen, die während der Ablagerung der oligozänen - miozänen Sedimente tektonisch weitgehend stabil waren und damit über den zu untersuchenden Zeitraum ungestörte Abfolgen zeigen. Basierend auf taxonomischen Untersuchungen verschiedener Fossilgruppen (Großforaminiferen, Mollusken) und detaillierten Profilaufnahmen innerhalb der flachmarinen Abfolgen soll eine solide Biostratigraphie erarbeitet werden. Eine sequenzstratigraphische Interpretation, Analysen der stabilen C- und O-Isotope, geophysikalische Parameter und Datierungen mit Hilfe von Sr-Isotopie sollen, kombiniert mit einem astrochronologischen Ansatz, eine tragfähige und hochauflösende Stratigraphie ergeben, die mit jener aus den Tiefwassersedimenten korreliert werden kann. Um lokale Paläo-Umweltbedingungen als Störfaktoren ausschließen zu können, müssen jeweils unterschiedliche Faziesbereiche untersucht werden, die einer detaillierten (mikro)faziellen und paläökologischen Analyse zu unterziehen sind. Um dabei ein breites Spektrum abdecken zu können, soll die paläökologische Analyse möglichst viele Fossilgruppen umfassen (Foraminiferen, Gastropoden, Bivalven, Echiniden, coralline Rotalgen, Korallen). Die gewonnene stratigraphische Grundlage gibt in Kombination mit den paläökologischen Daten die Möglichkeit die Klimaentwicklung und die paläozeanographischen Bedingungen im untersuchten Zeitraum genau zu rekonstruieren. Deren Rekonstruktion lässt insbesondere auch fundierte Aussagen über die Änderungen in den Riffzusammensetzungen und -häufigkeiten im untersuchten Zeitintervall zu und erlaubt weiters Rückschlüsse auf allgemeine Steuerungsmechanismen für die Karbonatsedimentation, z.B. auf die Ursachen der räumlich-zeitlichen Verteilung von heterozoen und photozoen Karbonaten

Innerhalb dieses Projekts wurden Gesteinsabfolgen im zirkummediterranen Raum untersucht, die aus den geologischen Zeitabschnitten Oligozän und Miozän stammen. Hauptziel war eine Verbesserung der Altersdatierung dieser Gesteine und eine Rekonstruktion ihrer Bildungsbedingungen, vor allem im Zusammenhang mit dem Paläoklima und der Paläoozeanographie. Für die zeitliche Zuordnung wurden bio-, sequenz-, und chemostratigraphische Informationen verwendet sowie geophysikalische und astrochronologische Methoden. Für paläoökologische und biostratigraphische Interpretationen mussten grundlegende taxonomische Arbeiten an verschiedenen Fossilgruppen durchgeführt werden (z.B. Mollusken, Korallen, Echiniden, Kalkalgen).In stratigraphischer Hinsicht war das wichtigste Gesteinsprofil dieses Projekts für den Mittelmeerraum im Apennin (Italien). Durch eine verbesserte zeitliche Auflösung konnten diese Kalkgesteine mit der globalen geologischen Zeitskala genau korreliert werden und auch mit globalen paläoozeanographischen Ereignissen. Letztere sind negative Sauerstoffisotopen-Exkursionen während Abkühlungsphasen in diesem Abschnitt der Erdgeschichte und das sogenannte Monterey Ereignis, das deutliche Änderungen in der Zusammensetzung der stabilen Kohlenstoffisotopen in den Ozeanen zeigt. In Zusammenhang mit Letzterem kam es zur Bildung von Phosphaten, die Ausdruck dieser Umweltveränderungen sind. Es war möglich ein Bildungsmodell dieser Phosphate zu entwickeln, das oxische Bedingungen für deren Entstehung anzeigt. Der Bildungsprozess war gekoppelt mit Änderungen der Erdumlaufbahn in Zyklen von 400.000 Jahren. Die Verteilung von Elementen aus den Seltenen Erden ermöglichte eine Unterscheidung in autochthone, aufgearbeitete und transportierte Phosphatkörner.Weiters wurde eine Karbonatplattform in Sardinien untersucht, um den Einfluss von regionaler Tektonik und globalem Klima auf die Karbonatproduktion zu verstehen. Das Ergebnis zeigt eine positive Beeinflussung des Klimas, aber im untersuchten Beispiel erst nach einer Umstellung des tektonischen Regimes vom frühen zum mittleren Miozän.Im Nordalpinen Vorlandbecken war es möglich kurzfristige Abkühlungsphasen im frühen Miozän (vor 17.86 und 17.81 Millionen Jahren) mit Klimaänderungen im Südlichen Ozean zu korrelieren. Dies weist auf die Komplexität unseres Klimasystems hin. Als Ursachen für die Änderungen sind zyklische Änderungen in der Erdumlaufbahn verantwortlich. Diese Beobachtung basiert auf Fossilien und Biomarkern, die eine Abkühlung des Meerwassers um 2-3C anzeigen. Durch eine extrem dichte kontinuierliche Probennahme (5 mm) konnte an Tonsteinen des jüngsten frühen Miozän gezeigt werden, dass Solarzyklen Änderungen in den Umweltparametern und den Fossilvergesellschaftungen (kalkiges Nannoplankton) hervorrufen. Erstmals konnten an miozänen Gesteinen an Land der Untere (65 Jahre) und der Obere (113 Jahre) Gleissbergzyklus und der Suess-Zyklus (211 Jahre) nachgewiesen werden.