Gesteins- und Paläomagnetik im Heidelberger Becken

Mächtige Sedimentabfolgen in Beckenstrukturen stellen bedeutende terrestrische Sedimentsysteme dar. Sie beherbergen Georessourcen und erlauben es, den Verlauf und die Variation des Klimas der Vergangenheit hochauflösend zu rekonstruieren, genauso wie sich ändernde Umweltbedingungen.

Ein Fenster zur Sedimentationsgeschichte im Plio-/Pleistozän des Oberen Rheingrabens (Magnetostratigraphie und „environmental magnetism“)

Ein seit mehr als vier Jahren von der DFG gefördertes Projekt zum Heidelberger Becken wurde 2017 mit einer Publikation beendet. Ein auf zwei zusätzlichen Publikationen beruhendes kumulatives Promotionsverfahren steht kurz vor dem Abschluss. Das Heidelberger Becken beherbergt eine quasi kontinuierliche Sequenz aus primär fluvialen Sedimenten mit pedogenen Überprägungen und lakustrinen Einschaltungen.

Die Ergebnisse der paläomagnetischen Untersuchungen und die daraus abgeleitete Polaritäts-Stratigraphie konnte alle Hauptpolaritätszonen (Chrons) des Erdmagnetfeldes im Quartär identifizieren und liefert damit einen zuverlässigen Zeitrahmen bis zur Gauß-Matuyama Grenze (2.58 Ma).

Die Interpretation gesteinsmagnetischer Untersuchungen erlaubt eine detaillierte Charakterisierung der Magnetomineralogie des Heidelberger Beckens. Um das komplexe Multikomponentensystem zu verstehen, wurden verschiedene gesteinsphysikalische Experimente (Koerzitivitätsanalysen, thermomagnetische sowie EDX- und FORC-Messungen) kombiniert. Es ist dabei zwischen primären und sekundär gebildeten Mineralen zu unterscheiden. Im Tertiär wurden unter reduzierenden Bedingungen Sulfide abgelagert, die heute nur noch reliktisch als Greigit, Pyrrhotin und Pyrit vorhanden sind. Diese wurden durch intensive Oxidation überprägt. Die quartären Schichten des Heidelberger Beckens sind durch die Anwesenheit derselben sulfidischen Minerale geprägt. Diese Minerale blieben jedoch zum größten Teil erhalten, da klimatische Änderungen zu einem anhaltend hohen Grundwasserspiegel führten, der Oxidationsprozesse unterband. Die Arbeiten belegen die Möglichkeiten, aber auch die Grenzen, gesteinsmagnetischer Studien an fluvial dominierten Sedimentabfolgen.

Über die Magnetik hinaus ergänzt unsere Studie das Wissen der klimatischen Entwicklung von NW-Europa während des Übergangs vom Pliozän zum Pleistozän durch Daten einer Region, die bisher in Studien eher unterrepräsentiert war. Dieser Übergang ist dadurch gekennzeichnet, dass das Erdklima vom Treibhaus- in das gegenwärtige Eishausklima übergeht. Die Folge von Ereignissen, die auch in der Zusammensetzung der Magnetomineralogie aufgezeichnet ist, aber auch die allgemeinen Bedingungen der magnetischen Bestandteile, spiegelt die Zunahme der Vereisung auf der nördlichen Hemisphäre wieder. Die Daten stimmen mit Klimadaten aus Studien an terrestrischen und marinen Sedimenten auf der nördlichen Hemisphäre (Atlantik, China, Russland) überein.

Projektleitung

Dr. Christian Rolf

Dr. Ulrich Hambach (Universität Bayreuth)

Laufzeit

2011-2016

Förderer

Deutsche Forschungsgemeinschaft

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