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

Eiszeitalter

Gegenwart

21-34 7 Abb.

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

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

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

(EICHER

al.

SIEGENTHALER

1 9 9 1 , ROZANSKI

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 ) .

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

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

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

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

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

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

JERZY NITYCHORUK, JOCHEN HOEFS & JÜRGEN SCHNEIDER

OS. 1/90 Depth (m)

BETULA PINUS LU

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G-

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III

F T C/D A/B

II I

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 -

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 .

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

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

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

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

! -J

- A / y—v*^-/\_/

\.J

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

' 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

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

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

einher,

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

III

VI-? XI

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

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

,,.„s x

A VA

-,- A

/ \

/ V ^ A a A ^ " ^

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.

—

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

3 C und

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

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 -

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