Prof. Dr. Thomas Brachert - Forschungsschwerpunkte

Impressionen



Beprobung von Korallen, Kreta
Beprobung von Korallen, Kreta
Eindrücke Kreta
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Meeresgeologie
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Rezente Riffe
Rezente Riffe
Riffe des Neogen
Riffe des Neogen
Riffe des Jura
Riffe des Jura
Kinderuniversität
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Wissenschaftsmarkt 2003
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Wissenschaftsmarkt 2004
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Globale, eustatische Meerespiegelschwankungen prägen sedimentären Abfolgen weitweit ihren Stempel auf und erlauben auf diese Weise stratigraphische Korrelationen, d.h. den zeitlichen Vergleich von Gesteinsschichten. Allerdings überlagern sich lokale Hebungs- oder Senkungsbewegungen des Meeresboden infolge tektonischer Prozesse positiv oder negativ mit den globalen Meeresspiegeländerungen (relative Meeresspiegelschwankungen) und erschweren die Erkennung der globalen Muster. Von besonderem Interesse ist deswegen die vergleichende Untersuchung der Ablagerungen stabiler Schelfe (passive Kontinentränder) mit tektonisch synsedimentär aktiven Becken (Riftbecken, Pull-apart-Becken). Beide Becken-Typen werden von der Gruppe in einem bestimmten geologischen Zeitraum (Neogen) untersucht. Beispiele sind der stabile Schelf von Portugal (passiver Kontinentrand), Sedimentbecken im Ostafrikanischen Riftsystem (Kenya, Uganda) und verschiedenen Intramontanbecken des alpinen Gebirgssystems (Spanien, Italien, Griechenland).


Tektonische Hebungen und Erosionserscheinungen prägen das Bild der Neogenbecken im Mittelmeerraum. Kreta. 

Neogenbecken Kreta 2 Horizontal abgelagerte Gesteinschichten auf dem Stabilen Schelf von Portugal (Algarve). Von Schicht zu Schicht veränderte Fossilgemeiscnaften verraten Änderungen im ehemaligen Lebensraum, z.B. Wassertiefe oder –temperatur. Alter 10 Millionen Jahre. 


Große geologische Aufschlüsse erlauben die Untersuchung der horizontalen Verbreitung einzelner Gesteinsschichten. Die gezeigte Felswand erschließt ein ehemaliges Küstenkliff, das von Korallen besiedelt wurde. Über die Zeit wurde das Kliff durch ein Ansteigen des Meeresspiegels mehrfach zurück verlegt. Alter der Riffe: 8 Millionen Jahre. Kreta.  

Geomorphologie der Riftbecken: Infolge der bis heute andauernden tektonischen Hebung der Riftschulter (Hintergrund) relativ zum Riftbecken (mit dem Albert-See/Uganda) besteht ein erhebliches Relief, das noch nicht durch Erosion und Sedimentakkumulation ausgeglichen worden ist. Alter der Gesteinsschichten 6 Millionen Jahre, Alter der Gesteine auf der Riftschulter >1 Milliarde Jahre.

Die Ablagerungen des fossilen Alber-Sees sind nur an denjenigen Stellen heute zugänglich und aufgeschlossen, wo sie nicht mit der allgemeinen Absenkung unter den Seespiegel versenkt worden sind.

Feinkörnige Sedimente (Tonsteine, Diatomite) und Eisenstein-Bänke wurden über längere Zeiträume mit gleichmäßigen Raten angehäuft. Mit häufigen Schnecken und Fischresten geben sie einen Einblick in die damalige Lebewelt des Sees.

Einzelne Konglomerate und Brekzien (bräunliche Schicht) wurden während kurzer Ereignisse, z.B. Starkregen, in den See geschüttet. Sie enthalten deswegen hauptsächlich Fossilien von Organismen die auf dem Festland lebten. Dazu gehören Flusspferde aber auch Rinder, Giraffen und Elefanten. Alter 6 Millionen Jahre.
Unser Camp bei Nyawega am Albert-See/Uganda, 2006. Auf dem Autodach ist stets der beste Empfang für Mobiltelephone.

Ugandischer Bierkühler.


Neben relativen Meeresspiegelschwankungen bestimmen die klimatischen und topographischen Gegebenheiten in und um ein Sedimentbecken die Art der Sedimentablagerung und die Weise wie sich Meerespiegelschwankungen in der geologischen Überlieferung bemerkbar machen. Mithilfe der Faziesanalyse kann ein Ablagerungsraum rekonstruiert werden. Im Falle von Kalksteinen stellt die Mikrofazies-Analyse eine besonders wichtige Methode dar, weil Organismengesellschaften die Art der Umweltbedingen, bzw. deren zeitliche Änderungen, mit großer Genauigkeit anzeigen. Ziel unserer Untersuchungen ist die Rekonstruktion des Paläoklimas und die Entschlüsselung der Mechanismen, wie Organismengemeinschaften auf Umweltänderungen reagieren. Von besonderer Bedeutung sind für uns in diesem Zusammenhang bestimme Schwellenwerte, etwa die Winter-Minimaltemperatur des Oberflächenwasser hinsichtlich der globalen Verbreitung der Korallenriffe (18°C). Sie erlauben über geologische Zeiträume gesehen eine exakte Einschätzung der globalen Temperaturentwicklung. Daraus ergeben sich aber zahlreiche neue wichtige Fragen wie: Wie warm (oder wie kalt) kann es auf der Erde eigentlich werden? Oder, wie sind die Tropen (‡ Korallenriffe) im Vergleich zu hohen Breiten von Klimaänderungen betroffen?




Korallenriff, gebildet aus zahlreichen, noch aufrecht stehenden Korallenästen. Name der Koralle: Porites. Alter: 10 Millionen Jahre. Kreta. 

Karte des Mittelmeerraumes mit der Verbreitung von Korallenriffen (Gemeinschaft des Warmwasserbereiches) und Kaltwassergemeinschaften. Das Verbreitungsmuster zeigt niedrigere Wassertemperaturen im Atlantik verglichen mit dem Mittelmeer auf.


(Zähne, Korallen)


In Hinblick auf den gegenwärtigen klimatischen Wandelt stellt sich die große Frage: Wie schnell ist die Klimaänderung? Was ist normal bzw. woran erkennen wir eine allgemeine Wandlung des Klimas? Nachdem unsre Temperaturmessungen nur kurze Zeit zurückreichen und ein Blick in die Zukunft naturgemäß nicht möglich ist, ergeben sich nur zwei Wege zur Lösung dieses Dilemmas: Die Computermodellierung (nicht nachprüfbar) oder die Untersuchung geologischer Archive als Schlüssel zur Zukunft. Faziesanalysen der Gesteinsschichten erlauben wegen der riesigen Dimensionen der geologischen Zeit nur eine grob gerasterte Rekonstruktion der Paläo-Umwelt. Von besonderer Bedeutung sind deswegen quantitative, geochemische Untersuchungen an Fossilresten, die eine Rekonstruktion der Wassertemperaturen zu Lebzeiten der Organismen erlauben. Organismen mit einer großen Lebensspanne und massiven, kontinuierlich wachsenden Skeletten liefern bei entsprechend feiner Beprobung sehr detaillierte Informationen über die Jahreszeitlichkeit (Unterschied zwischen Winter und Sommer) aber auch Vergleichsmöglichkeiten dieser Saisonalität über Jahrhunderte hinweg. Insbesondere letztere Information ist von größtem Interesse, denn sie liefert die Informationen zu Fragen „was ist ein normales Jahr?“ oder „liegt ein Erwärmungs-/Abkühlungstrend vor?“. Um entsprechende Fragen für die Erdgeschichte im Neogen zu beantworten untersuchen wir zwei grundsätzlich verschiedene Objekte: Die geochemische Zusammensetzung der Riffkorallen als unbestechliche Zeugen der Änderungen der Meerestemperaturen sowie die Zusammensetzung der Zähne (hier Zahnschmelz) der Säugetiere als Klimadokumente der Festländer. Während Korallen am Meeresgrund festgewachsen leben und so die Umweltbedingungen an einem bestimmten Punkt speichern, wird eine Klimarekonstruktion über Zähne frei laufender Säugetiere durch jahreszeitliche Wanderungen erschwert. Wir untersuchen deswegen die stabile Isotopenzusammensetzung (d18O, d13C) des Zahnschmelzes von Flusspferden von denen bekannt ist, dass sie in einem klar umgrenzten Revier leben und somit die Variation der Klimafaktoren (Temperatur, Niederschlag, Feuchte), aber auch die Art des Futters verlässlich wiedergeben.



   oben: Das Skelett einer 10 Millionen Jahre alten Koralle zeigt eine deutliche Bänderung als Folge eines jahreszeitlich unterschiedlich starken Wachstums (Anschliff und Röntgenaufnahme).

unten: Stabile Isotopen-Analysen (Sauerstoff, d18O) erlauben die Rekonstruktion der damaligen Umweltbedingungen: Die Zacken der grau unterlegten Kurve bilden eine jahreszeitliche Temperaturschwankung von ca. 7°C ab. Kreta. 


Proben für die geochemische Analyse von Zähnen kleine Bohrkerne aus dem Zahnschmelz entnommen. Die Bohrlöcher werden nach der Anbohrung wieder verschlossen und sorgfältig retouchiert. Die Sequenz der drei Bilder zeigt einen Backenzahn vor, während (nass) und nach der Probennahme. Albert-See, Uganda.

Backenzahn eines Flusspferds; Dünnschliff eines Bruchstücks mit Zahnschmelz und Dentin (Alter 6 Millionen Jahre). Der ursprünglich weiße Zahn ist stark verfärbt durch Einwanderung mineralischer Substanzen in das Dentin (gelblich-schwarz), während der Zahnschmelz unverändert erhalten ist (hell im Durchlicht). Albert See, Uganda.

Die Bergung großer Korallenstöcke erfordert oft den Einsatz von Schweiß und schwerem Gerät. Kreta.

Computermodell des Klimas im Torton vor 10 Millionen Jahren. Die Karte zeigt den Unterschied zu den heutigen Lufttemperaturen über der Erdoberfläche an. 



Provenanz-Analyse historischer Werksteine und Schmuckgegenstände: Die petrographische Analyse von Kalksteinen ermöglicht eine klare Typisierung von Gesteinsmaterial. Über die Analyse von Fossilgemeinschaften (Hinweise auf Lebensraum oder Klima) und Diagenesemerkmalen (Verfestigungsaspekt, Verwitterungsmerkmale) kann ein Gestein eindeutig einem bestimmten geologischen Alter und Herkunftsraum zugewiesen werden. Beispielhafte Untersuchungen betreffen Werksteine römischer Denkmäler und Siedlungen im Rhein-Main-Gebiet und am Niederrhein. Hinzu kommen Geomaterial-Untersuchungen an historischen Schmuckgegenständen. Dazu gehört der Nachweis der Nutzung von Muschelschalen aus dem Mittelmeerraum zur Herstellung von Ketten im Mittelalter oder in der Jungsteinzeit Mitteleuropas.



Dünnschliff eines römischen Werksteins (Grabung im Rhein-Main-Raum). Die einzelnen Bestandteile und das Gefüge des Kalksteins belegen einen sehr flachmarinen, tropischen Lebensraum. Winzige Korallenbruchstücke sprechen in diesem Beispiel für ein jurassisches Alter, die Gesteinsauprägung für eine ursprüngliche Herkunft aus Lothringen (Frankreich).

Ringförmige Perle, hergestellt aus der Schale der „Lazarusklapper“, einer Muschel, die in warmen Meeren, wie beispielsweise dem Mittelmeer, vorkommt. Süddeutschland, Mittelalter, natürliche Patina.