Astronomische Signale in spätdevonischen Schwarzschiefern des rheinischen Schiefergebirges
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Das Devon war eine Zeit bedeutender Störungen des globalen Kohlenstoffkreislaufs, gekennzeichnet durch die weitverbreitete Ablagerung organisch-reicher Schwarzschiefer und erhöhte Aussterberaten. Diese Ereignisse wurden vermutlich durch eine Kombination von klimatischen, umweltbedingten und astronomischen Faktoren ausgelöst. Diese Studie untersuchte, ob astronomische Zyklen, insbesondere der ~2,4-Millionen-Jahre-Exzentrizitätszyklus, klimatische Veränderungen und anoxische Bedingungen beeinflussten, die zu Massenaussterben im späten Devon führten. Wir konzentrierten uns auf vier Ereignisse im späten Devon: die Kellwasser-Krise (~372 Ma), die Annulata-Krise (~365 Ma), die Dasberg-Krise (~363 Ma) und die Hangenberg-Krise (~359 Ma). Die Kellwasser- und Hangenberg-Ereignisse zählen zu den schwerwiegendsten Massenaussterben der Erdgeschichte. Geländearbeit wurden an drei Standorten im Rheinischen Schiefergebirge durchgeführt (Winsenberg, Effenberg und Oberrödinghausen), wobei Gesteinsschichten mit Zentimeter-Auflösung beprobt wurden. Mittels tragbarer Röntgenfluoreszenz-Analyse (pXRF) sammelten wir Elementdaten, um Veränderungen in Verwitterung und Erosion zu verfolgen. An allen drei Standorten zeigte die Zeitreihenanalyse dieser pXRF-Daten Zyklen, die mit Veränderungen in der Erdumlaufbahn korrespondieren. Die Ergebnisse legen nahe, dass der ~2,4-Millionen-Jahre-Exzentrizitätszyklus eine Rolle bei der Bestimmung des Zeitpunkts dieser Krisen gespielt hat. Vor jedem Ereignis beobachteten wir eine 350- bis 700-kyr lange Phase erhöhter Verwitterung, die mit der Verdickung des Regoliths auf den Kontinenten verbunden war. Diese Phase fiel jeweils mit einem Exzentrizitätsminimum zusammen, das zu einer klimatischen Stabilität beitrug. Als die Exzentrizität danach wieder anstieg, nahm die Klimavariabilität zu, was zu einer Erosion des Regoliths und einem erhöhten Nährstofffluss in die Ozeane führte. Diese Nährstoffflut verursachte eine Eutrophierung, was wiederum marine Sauerstoffmangel und Aussterben auslöste. Nach jedem dieser Krisen intensivierte sich die Verwitterung erneut, aufgrund der Verfügbarkeit von frischem, verwitterbarem Material, das nach der großflächigen Erosion des Regoliths freigesetzt wurde. Die zentrale Erkenntnis ist, dass diese Devon Klimakrisen nicht zufällig vorkamen, sondern durch astronomische Kräfte gesteuert wurden, wobei Veränderungen der Erdumlaufbahn die Verwitterung auf dem Land beeinflusste. Diese Veränderungen hatten Konsequenzen für die ozeanischen Bedingungen und letztendlich für das Leben auf der Erde. Für die Öffentlichkeit betonen wir, wie kontinentale Umwelten und Klimaprozesse zusammenwirkten, um dramatische Veränderungen in marinen Ökosystemen hervorzurufen. Das Verständnis dieser vergangenen Ereignisse kann uns helfen, die Komplexität des Klimasystems der Erde und seine potenziellen Verwundbarkeiten angesichts des modernen Klimawandels und von vom Menschen verursachten Eutrophierungsereignissen besser zu verstehen.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
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Climatic variability during the Late Devonian Kellwasser Crisis on astronomical and millennial timescales. 21st International Sedimentological Congress (Beijing 2022), Virtual Meeting, 22-26 August 2022
Wichern, N.M.A., Nohl, T., Kaskes, P., Percival, L., Becker, R.T. & De Vleeschouwer, D.
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The potential of high-resolution stable isotope records in the bivalve Angulus benedeni benedeni's shells to investigate Pliocene seasonality. EGU General Assembly 2022, Vienna, Austria, 23-27 May 2022, EGU22-4634
Wichern, N.M.A., de Winter, N., Ziegler, M., Johnson, A., Hamers, M. & Goolaerts, S.
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Deciphering the role of terrestrial/atmospheric interactions in Late Devonian Kellwasser black shale deposition: A High-Resolution Cyclostratigraphic study of the Winsenberg section (Rhenish Massif, Germany). Copernicus GmbH.
Wichern, Nina; Bialik, Or; Percival, Lawrence; Kaskes, Pim; Nohl, Theresa; Becker, Thomas & De, Vleeschouwer David
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Deciphering the role of terrestrial/atmospheric interactions in Late Devonian Kellwasser black shale deposition: a high-resolution cyclostratigraphic study of the Winsenberg section (Rhenish Massif, Germany). Subcommission on Devonian Stratigraphy and IGCP 652: Reading geologic time in Paleozoic sedimentary rocks Annual Meeting. Geneseo, New York, USA, 27 July-6 August 2023
Wichern, N. M. A., Bialik, O. M., Nohl, T., Percival, L. M. E., Kaskes, P., Becker, R. T. & De Vleeschouwer, D.
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Environmental rhythms across the onset of the Late Devonian Kellwasser Crisis recorded in the Usseln Limestone (Rhenish Massif, Germany): a high-resolution study. 36th IAS Meeting of Sedimentology, Dubrovnik, Croatia, 12-16 June 2023
Wichern, N., Nohl, T., Bialik, O., Holtkamp, M. & De Vleeschouwer, D.
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Winsenberg_supplementary_code (Version v2023) [code]
Wichern, N.M.A.
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Astronomical signatures of the Late Devonian Kellwasser, Annulata, Dasberg, and Hangenberg bioevents and Crises. Insights from the German Rhenish Massif. PhD thesis
Wichern, N.M.A.
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Astronomically paced climate and carbon cycle feedbacks in the lead-up to the Late Devonian Kellwasser Crisis. Climate of the Past, 20(2), 415-448.
Wichern, Nina M. A.; Bialik, Or M.; Nohl, Theresa; Percival, Lawrence M. E.; Becker, R. Thomas; Kaskes, Pim; Claeys, Philippe & De, Vleeschouwer David
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Decoding Deep‐Time Rhythms: Probing the Limit of Stratigraphic Correlation in the Time‐Specific Facies of the Late Devonian Usseln Limestone (Rhenish Massif, Germany). Geophysical Research Letters, 51(10).
Wichern, N. M. A.; Bialik, O. M.; Nohl, T.; Becker, R. T. & De, Vleeschouwer D.
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Highresolution basin-wide correlations with dynamic time-warping: code and data for a case study from the Usseln Limestone (Late Devonian, Rhenish Massif, Germany) [Data set]
Wichern, N.M.A., Bialik, O.M., Nohl, T., De Vleeschouwer, D. & Becker, R. T.
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Multiproxy dataset (pXRF, carbon isotopes, TOC, XRD) of the Devonian Kellwasser Crisis interval (ca. 372 Ma) at Winsenberg, Germany [dataset bundled publication]. PANGAEA
Wichern, N.M.A., Bialik, O.M., Nohl, T.; Percival, L.; Becker, R.T., Kaskes, P., Claeys, P. & De Vleeschouwer, D.
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Oberdevonische Events im Rheinischen Schiefergebirge: die Bedeutung von Klima- bzw. Milanković-Zyklen. 143. Oberrheinischer Geologischer Verein Tagung, Münster, Deutschland, 3.-7. September 2024
Wichern, N.
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Pre-Cenozoic cyclostratigraphy and palaeoclimate responses to astronomical forcing. Nature Reviews Earth & Environment, 5(1), 59-74.
De Vleeschouwer, David; Percival, Lawrence M. E.; Wichern, Nina M. A. & Batenburg, Sietske J.
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The role of astronomical forcing in Late Devonian biocrises: A Rhenish Massif perspective. Jahrestagung der Subkommissionen Proterozoikum-Silur, Devon und Karbon, Benneckenstein (Harz), Germany, 26-28 April 2024
Wichern, N.
