Environmental magnetism and magnetostratigraphy of plio-/peistocene sediments of the Heidelberger Becken.
Final Report Abstract
Das Heidelberger Becken im nördlichen Oberrheingraben in SW-Deutschland beinhaltet eine miozäne bis pleistozäne, quasi-kontinuierlich abgelagerte Beckenfüllung vorwiegend fluvialen Ursprungs mit untergeordnet lakustrinen Einschaltungen. Angeregt durch die geologischen Dienste der anliegenden Bundesländer Hessen, Rheinland-Pfalz und Baden-Württemberg unter Einbindung des Leibniz-Instituts für Angewandte Geophysik (LIAG) wurde das Bohrprojekt `Heidelberger Becken´ initiiert. Dadurch standen Tiefbohrkerne (mit Längen zwischen 300 m und 500 m) aus drei Bereichen des Beckens (Ludwigshafen, Viernheim, Heidelberg) für die wissenschaftliche Bearbeitung zur Verfügung. Die im Rahmen des erfolgreich abgeschlossenen Projektes durchgeführte chronostratigraphische Einstufung bis zur Pliozän-Pleistozän Grenze basiert auf der direkten Zuordnung zu magnetostratigraphischen Chronen und Sub-Chronen. Die Chronostratigraphie der Kernbereiche unterhalb der Gauß-Matuyama Grenze (GMB) wurden mittels eines Altersmodels hergeleitet, in dem kurzzeitige Variation der Sedimentakkumulation ausgeschlossen werden. So konnten Alter von >4 Millionen Jahre und >5 Millionen Jahre für die tiefsten Bereiche der Kerne Heidelberg und Viernheim bestimmt werden. Der pliozäne Bereich des Kerns P36 konnte aufgrund einer starken bohrinduzierten Remanenz nicht berücksichtigt werden. Bedingt durch das hochenergetische Ablagerungsmilieu werden durch Korngrößeneffekte und Variationen der Sedimenteigenschaften die Signale von Umwelt- und Klimaveränderungen überlagert und durch hochfrequente Hiaten unterbrochen. Ungeachtet dieser Einschränkungen, konnte gezeigt werden, dass das Heidelberger Becken ein Archiv für Klima und Umweltbedingungen darstellt, dessen Paläoumwelt-Datensatz sich in den generellen Trend der Entwicklung auf der Nord Hemisphäre einfügt. Auf Basis ihres magnetomineralogischen Informationsgehaltes werden die Kerne in zwei Abschnitte untergliedert, deren Grenze sich knapp unterhalb des Pliozän-Pleistozän Übergangs (GMB) befindet. Der untere Teil der Kerne P36 und Viernheim ist generell schwacher magnetisch. Authigener Hämatit, Hämo-Ilmenit, Eisen-Chromit und Goethit dominieren hier die Magnetomineralogie. Der obere Teil dieser Kerne ist dagegen durch Sulfide (insbesondere Greigit) dominiert. Ilmenit, Eisen-Chromit und stark korrodierte Reste von Magnetit Mineralen sind ebenfalls vorhanden. Die Vergesellschaftung der magnetischen Minerale vom Kern Heidelberg unterscheidet sich deutlich von der der anderen zwei Kerne: Greigit ist auch im unteren Teil vorhanden und der obere Teil enthält detritischen Hämatit. Die Unterschiede sind durch höhere Subsidenz- und Akkumulationsraten und durch den Eintrag triassischer Sedimente aus dem Einzugsgebiet des Neckars bedingt. Durch die Kombination der gesteinsmagnetischen Interpretation mit den in der Literatur verfügbaren Informationen zeichnet sich für den pliozänen Abschnitt ein mediterranes bis subtropisches Klima-Szenario ab. Am Ende des Pliozäns änderten sich die Klima- und Umweltbedingungen rapide. Die magnetomineralogischen Parameter deuten auf eine Stabilisierung des Grundwasserspiegels und auf eine Abkühlung der klimatischen Verhältnisse hin. Variationen der magnetomineralogischen Parameter in den quartären Kernbereichen können nicht ohne weiteres als Klimaindikatoren verwendet werden. Hier werden Resultate von palynologischen Studien und tonmineralogischer Analysen erwartet, die in Verbindung mit magnetomineralogischen Daten zur Klärung der paläoklimatischen Verhältnisse voraussichtlich wesentliche Informationen liefern. Diese Arbeit ergänzt das bestehende Wissen über den Verlauf der Paläoumwelt- und Paläoklimaentwicklung über eine Region, von der bislang nur wenig Information verfügbar ist. Besonders Daten zum Verlauf der Klimaveränderungen an der Plio-Pleistozängrenze sind selten in kontinentalen Sedimenten nördlich der Alpen dokumentiert Das Heidelberger Becken ist daher ein exzeptionelles Archiv der Entwicklung des Klimas von der neogenen Warmzeit in die quartäre Kaltzeit. Die in den sedimentären Archiven des Heidelberger Beckens gespeicherten Abläufe der klimatischen Ereignisse werden mit Szenarien verglichen, die ähnliche Trends andernorts in der nördlichen Hemisphäre belegen (Atlantik, zentrales und östliches Eurasien).
Publications
- (2012): Magnetostratigraphy of Pliocene and Pleistocene sediments of the Heidelberg Basin. - Ext. abstract, DEUQUA. 16.-20.09.2012, Bayreuth. In: Bayreuther Forum Ökologie, 117 (2012), 47-48
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- (2013): Magnetic polarity stratigraphy in fluvial systems: an example from the Upper Rhine Graben, Germany. - Joint Meeting (DMG, GV & Sediment), 16.-20.09.2013 in Tübingen
Scheidt, S., Hambach, U. & Rolf, C.
- (2013): Magnetostratigraphic investigations on drill cores from the Heidelberg Basin: a time frame for Pliocene and Pleistocene sediments. - Sedimentary Basin, 23.-25.09.2013; Jena
Scheidt, S., Rolf, C. & Hambach, U.
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Scheidt, S, Hambach, U. & Rolf, C.
- (2015): A consistent magnetic polarity stratigraphy of late Neogene to Quaternary fluvial sediments from the Heidelberg Basin (Germany): A new time frame for the Plio-Pleistocene palaeoclimatic evolution of the Rhine Basin. - Global an Planetary Change, 127, 103–116
Scheidt, S., Hambach, U., Rolf, C.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2015.01.004) - (2015): A consistent magnetic polarity stratigraphy of late Neogene to Quaternary fluvial sediments from the Heidelberg Basin (Germany): A new time frame for the Plio-Pleistocene palaeoclimatic evolution of the Rhine Basin. - XIX INQUA Congress, Quaternary Perspectives on Climate Change, Natural Hazards and Civilization, 26.07.-02.08.2015; Nagoya (Japan)
Scheidt, S., Hambach, U., Rolf, C. & Gabriel, G.
(See online at https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2015.01.004) - (2015): Paläomagnetische Untersuchungen an plio-/ pleistozänen Sedimenten des Heidelberger Beckens. - 75. Jahrestagung der Deutschen Geophysikalischen Gesellschaft, 23.-26.03.2015; Hannover
Scheidt, S., Hambach, U. & Rolf, C.
- (2017): A detailed study of Plio-Pleistocene fluvial sediments from the Heidelberg Basin (Germany): magnetostratigraphy, magnetomineralogy and environmental magnetism. - International Conference on Rock Magnetism, 10.- 14.07.2017; Utrecht, Netherlands
Scheidt, S. Hambach, U. & Rolf, C.
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Scheidt, S., Egli, R., Frederichs, T., Hambach, U. & Rolf, C.
(See online at https://doi.org/10.1093/gji/ggx154)
