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Kurzfristige Klimaänderungen im östlichen Mittelmeer unter
glazialen und interglazialen Rahmenbedingungen
 
 



 

Prof. Dr. Werner Ehrmann

Prof. Dr. Gerhard Schmiedl
jetzt: Institut für Geologie und Paläontologie, Universität Hamburg

Dr. Yvonne Hamann
jetzt: Geologisches Institut, ETH Zürich
Dr. Tanja Kuhnt
jetzt: Institut für Geowissenschaften, Universität Frankfurt
Dr. A. Bornemann
Dr. S. Krüger



Nationale Zusammenarbeit:

Prof. Dr. Ch. Hemleben, Dr. H. Schulz, Dr. W. Siebel
Institut für Geowissenschaften, Universität Tübingen
Prof. Dr. K.-C. Emeis
Institut für Biogeochemie und Meereschemie, Universität Hamburg
Dr. J.-B. Stuut
Fachbereich Geowissenschaften, Universität Bremen
Dr. H. Arz, Dr. P. Dulski
Geoforschungszentrum Potsdam
 
 
 

Internationale Zusammenarbeit:

Prof. Dr. G. Haug
Geologisches Institut, ETH Zürich
Prof. Dr. F. Jorissen
Laboratoire de Géologie, Université d'Angers, Frankreich
Dr. S. Wulf
Institute for Geophysics, University of Austin, USA

   

Projektförderung:
Deutsche Forschungsgemeinschaft, Bonn

Hintergrund

Während der METEOR-Reise M51/3 wurden im Levantinischen Meer und der Ägäis aus bathyalen Wassertiefen mehrere Sedimentkerne gewonnen, die die hochauflösende Bearbeitung des späten Glazials und des Holozäns erlauben. Das östliche Mittelmeer erscheint für die geplanten Untersuchungen besonders geeignet, da es durch seinen abgeschlossenen Charakter und seine geographische Lage verstärkt auf polare und tropisch-subtropische Klimasignale reagiert und diese in den Sedimenten speichert. Neuere Arbeiten bestätigen, daß die Zirkualtion und die marinen Ökosysteme des östlichen Mittelmeeres sehr sensibel auf kurzfristige Klimaschwankungen unterschiedlicher Amplitude reagieren. Diese Beobachtungen besitzen nicht nur wissenschaftliche sondern auch soziale und ökonomische Relevanz, da hierdurch die Auswirkungen drohender anthropogener Klimaveränderungen auf den dicht besiedelten Mittelmeerraum abgeschätzt werden können.
 


 

Abb.: Zusammenstellung der wichtigsten heutigen Liefergebiete, Transportprozesse und Transportwege für die Haupttonmineralgruppen im östlichen Mittelmeer und Lage der untersuchten Sedimentkerne GeoTü SL148, SL123, SL119, SL114, SL113 und SL112 (nach Ehrmann et al., 2007a, b). Die Tonminerale in der Nordägäis werden vor allem durch Flüsse angeliefert. Das Schwarze Meer hat nur geringen Einfluss. Die Tonmineralvergesellschaftungen in der südlichsten Ägäis und im Levantinischen Becken werden vor allem durch die Suspensionsfracht des Nils und durch äolischen Eintrag kontrolliert. Die Oberflächenzirkulation in der Ägäis ist angedeutet, ebenso die Orte lokaler Bodenwasserbildung in der Nordägäis und von EMDW-Bildung in der Südägäis.

 
Ziel:

Die übergeordnete Zielsetzung des Projektes ist es, kurzfristige Änderungen in der Zirkulation der Zwischen- und Tiefenwassermassen im östlichen Mittelmeer sowie im Eintrag von detritischem Sedimentmaterial der umgebenden Landmassen zu rekonstruieren und in Beziehung zur Klimavariabilität während des letzten Glazials und des Holozäns (etwa 20 ka bis heute) zu stellen. Hierbei sollen in einem interdisziplinären Ansatz verschiedene sedimentologische, mikropaläontologische und isotopen-geochemische Parameter untersucht werden, um die relevanten Umweltveränderungen zu Zeiten glazialer und interglazialer Rahmenbedingungen zu beschreiben. Die wesentlichen Fragen, denen nachgegangen werden soll, sind:

1) Wie und wie schnell haben sich die Verwitterungsprozesse im Hinterland im Zuge der verschiedenen Klimaänderungen verändert und läßt sich hieraus die Amplitude und Regionalität dieser Änderungen ableiten? 


2) Welchen Einfluß hatten abrupte Klimänderungen während des letzten glazialen Maximum und des Holozäns auf die Bildung und Ausbreitung der Zwischen- und Tiefenwasserzirkulation im östlichen Mittelmeer?


3) Wie wirkten sich abrupte Klimaänderungen der vergangenen 20 ka auf die Abflußraten der Flüsse und den Nährstoffeintrag aus?


Ergebnisse:

Mit unseren Untersuchungen konnten erstmals mit einheitlichen Methoden räumliche Unterschiede in mehreren Proxies deutlich herausgearbeitet werden. Es bestätigte sich, dass im östlichen Mittelmeer keine einheitliche Entwicklung stattfand, sondern dass regional deutlich unterschiedlich ausgeprägte Sedimentabfolgen und faunistische und isotopen-geochemische Signale überliefert sind. Die räumlichen Unterschiede gehen auf unterschiedliche ozeanographische Besonderheiten innerhalb des östlichen Mittelmeerraumes und dem unterschiedlichen Einfluss von Klimasignalen aus dem Norden und dem Süden zurück.

Die Sedimentation in der Nordägäis wird im Wesentlichen durch den Flusseintrag aus Südosteuropa geprägt. Der Einfluss des Schwarzen Meeres spielt nur eine geringe Rolle. Änderungen in der Zusammensetzung der Sedimente spiegeln unterschiedliche Niederschlagsraten und Verwitterungsprozesse im Einzugsgebiet der Nordägäis und des Schwarzen Meeres wider. Die zeitlichen Änderungen lassen sich sehr gut mit dem nordatlantischen Muster korrelieren, wie es im GISP2-Eiskern dokumentiert ist. Diese Änderungen wirkten sich auf die lokalen Nahrungsflüsse und Tiefenwasserbildung in der nördlichen Ägäis aus. Während der Sapropelbildung setzte die Tiefenwasserbildung nie komplett aus, sondern führte zu einer lokalen Versorgung der Benthosorganismen mit Sauerstoff.

Die Sedimentationsprozesse in der Südägäis und im Levantinischen Becken werden dagegen vom Sedimenteintrag durch den Nil und durch den Staubeintrag aus dem nordafrikanischen Raum beeinflusst. Kurzfristige Änderungen in der Nilfracht, abgebildet im Smektitgehalt der Sedimente, lassen sich mit Änderungen in der Monsunintensität im Indischen Ozean korrelieren. Hierbei spielt das Einzugsgebiet des Nils, und zwar vor allem des Blauen Nils im Äthiopischen Hochland offensichtlich die entscheidende Rolle. Mit Hilfe der ?Endmember?-Modellierung der Siltfraktion gelang es, den Staubeintrag vom fluviatilen Eintrag zu trennen und die Windintensität seit dem letzten Glazial zu rekonstruieren. Im Gegensatz zur Nordägäis kam in der Südägäis und im Levantinischen Becken während der Sapropelbildung die Tiefenwasserbelüftung über längere Zeiträume vollständig zum Erliegen.

Unsere Ergebnisse belegen, dass die thermohaline Zirkualation im östlichen Mittelmeer auf orbitalen Zeitskalen von der Klimaentwicklung der niederen Breiten gesteuert wird. Die Afrikanische Feuchtphase im frühen Holozän bildet die Grundvoraussetzung für die Stratifizierung der Wassersäule und die Bildung des Sapropel S1. Die kurzfristigen Änderungen in der Tiefenwasserbildung, die in den verschiedenen Teilbecken das exakte Einsetzen, die Unterbrechung und das Ende des S1 kontrollieren, gehen dagegen auf den Einfluss von abrupten Klimaänderungen der hohen nördlichen Breiten zurück.



Publikationen:

Ehrmann, W., Schmiedl, G., Hamann, Y. & Kuhnt, T. (2007a): Distribution of clay minerals in surface sediments of the Aegean Sea: A compilation. - International Journal of Earth Sciences (Geologische Rundschau), 96: 769-780.

Ehrmann, W., Schmiedl, G., Hamann, Y., Kuhnt, T., Hemleben, C. & Siebel, W. (2007b):
Clay minerals in late glacial and Holocene sediments of the northern and southern Aegean Sea. - Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 249: 36-57.

Hamann, Y., Ehrmann, W., Schmiedl, G., Krüger, S., Stuut, J.-B. & Kuhnt, T. (2008):
Sedimentation processes in the Eastern Mediterranean Sea during the Late Glacial and Holocene revealed by end-member modelling of the terrigenous fraction in marine sediments. - Marine Geology, 248: 97-114.

Hamann, Y., Ehrmann, W., Schmiedl, G. & Kuhnt, T. (2009):
Modern and late Quaternary clay mineral distribution in the area of the SE Mediterranean Sea. - Quaternary Research, 71: 453-464.

Hamann, Y., Wulf, S., Ersoy, O., Ehrmann, W., Aydar, E. & Schmiedl, G. (2010):
First evidence of a distal early Holocene ash layer in Eastern Mediterranean deep-sea sediments derived from the Anatolian volcanic province. - Quaternary Research, 73: 497-506.

Kotthoff, U., Pross, J., Schmiedl, G., Bornemann, A., Kaul, C., Koutsodendris, A., Marino, G., Peyron, O. & Schiebel, R. (2010): 
Impact of late glacial cold events on the Northern Aegean region reconstructed from marine and terrestrial proxy data. - Journal of Quaternary Science.

Kuhnt, T., Schmiedl, G., Ehrmann, W., Hamann, Y. & Hemleben, C. (2007):
Deep-Sea ecosystem variability of the Aegean Sea during the past 22 kyr as revealed by benthic foraminifera. - Marine Micropaleontology, 64: 141-162.

Kuhnt, T., Schmiedl, G., Ehrmann, W., Hamann, Y. & Andersen, N. (2008):
Stable isotopic composition of Holocene benthic foraminifers from the Eastern Mediterranean Sea: Past changes in productivity and deep water oxygenation. - Palaeogeography, Palaeoclimatology, Palaeoecology, 268: 106-115.

Schmiedl, G., Kuhnt, T., Ehrmann, W., Emeis, K.-C., Hamann, Y., Kotthoff, U., Dulski, P. & Pross, J. (2010):
Climatic forcing of eastern Mediterranean deep-water formation and benthic ecosystems during the past 22 000 years. - Quaternary Science Reviews. 



Qualifizierungsarbeiten:

Hamann, Y. (2008): Late Quaternary climate variability in the Eastern Mediterranean Sea. Dissertation, Universität Leipzig, 165 S.

Kaul, C. (2008):
Rekonstruktion spätquartärer ozeanographischer Bedingungen der Ägäis mit Hilfe planktischer Foraminiferen. Diplomarbeit, Universität Leipzig, 95 S.

Kuhnt, T. (2003):
Sedimentationsprozesse in der Nordwestlichen Ägäis während des Holozäns. Diplomarbeit, Universität Leipzig, 92 S.

Kuhnt, T. (2008):
Reconstruction of late Quaternary deep-sea ecosystem variability in the Eastern Mediterranean Sea based on benthic foraminiferal faunas and stable isotopes. Dissertation, Universität Leipzig, 103 S.

Milker, Y. (2006):
Spätquartäre Sedimentationsgeschichte im östlichen Mittelmeer. Diplomarbeit, Universität Leipzig, 75 S.

Schmidt, A. (2007):
Reconstruction of the late Quaternary deep-sea ecosystem in the eastern Levantine Basin using benthic foraminifera and stable isotopes. Diplomarbeit, Universität Leipzig, 99 S.

Siebert, D. (2007):
Spätquartäre Sedimentationsgeschichte im östlichen Mittelmeer südlich von Zypern. Diplomarbeit, Universität Leipzig, 81 S.

Thieme, K. (2008):
Spätquartäre Sedimentationsbedingungen in der zentralen Ägäis abgeleitet von Tonmineralen. Diplomarbeit, Universität Leipzig, 87 S.