Rekonstruktion von Klima und Paläozeanographie im Meso- und frühen Känozoikum unter Verwendung von Sauerstoffisotopen im Apatit fossiler Haifischzähne
Zusammenfassung der Projektergebnisse
Die Sauerstoffisotopie im Enameloid von Haizähnen ist sehr resistent gegen diagenetische Alterierung und wurde deshalb bereits in einer Reihe von Studien für die Abschätzung von Paläotemperaturen verwendet. Probleme in der Interpretation der δ18Op-Daten gab es bisher aufgrund unzureichender Datierungen und taxonomischer Einstufungen. Ein wesentliches Ergebnis dieses Projektes stellt der erstmals erarbeitete zeitlich höher auflösende δ18Op-Datensatz für die Oberkreide und das Paläogen dar, bei dem sowohl die Taxonomie der untersuchten Zähne als auch deren Alter exakt definiert ist. Dabei hat sich gezeigt, dass es essentiell für paläoklimatische Aussagen ist, die Taxonomie und Ökologie der untersuchten Selachier zu kennen. Habitat und Lebensweise von Selachiern spiegeln sich in der Sauerstoffisotopie des Zahnapatits wider. Die δ18Op-Werte von großen pelagischen Räubern streuen relativ stark und reflektieren deren aktives Schwimmverhalten. Die δ180p-Werte kleiner bodennah lebender Haie sind weniger variabel, was hauptsächlich durch Saisonalitätseffekte bedingt ist. Sie reflektieren die kühleren Bedingungen am Meeresboden. Der kreidezeitliche δ18Op-Datensatz bestätigt neben den ökologischen und saisonalen Effekten einen langzeitigen Abkühlungstrend in der Oberkreide, wie er schon durch δ18O-Daten von planktischen und benthischen Foraminiferen bekannt ist. Ein neues Ergebnis ist, dass die jahreszeitliche und vertikale Temperaturvariabilität der Schelfmeere in den mittleren Breiten in der Größenordnung des Oberflächen- zu Tiefenwasser Temperaturgradienten lag. Die Wässer der europäischen Schelfmeere kommen damit als Quelle für die atlantische Tiefenwasserbildung in Frage. Die δ18Op-Werte mitsukurinider Haie liefern Tiefenwasser-Paläotemperaturen für das kreidezeitliche Treibhaus, die zum Teil deutlich kälter sind (6 - 10°C, als die anhand der δ18O Werte von Benthos-Foraminiferen ermittelten Paläotemperaturen. Der paläogene δ18Op-Datensatz liefert erstmalig Informationen über die Entwicklung der Nordsee im Paläozän-Eozän Grenzbereich und belegt den massiven Eintrag von Süßwasser durch große Flusssysteme zu dieser Zeit. Die δ18Op-Daten ergänzen vorhandene tektonische und sedimentologische Daten, die zeigen, dass die Nordsee zu dieser Zeit vom Nordatlantik isoliert war. Die Sauerstoffisotopie des fluviatilen Süßwassereintrages lässt sich quantifizieren und ermöglicht die Identifizierung der Polargebiete Grönlands als Einzugsgebiet für die in die Nordsee entwässernden Drainagesysteme. Aufgrund des nur sporadischen Vorkommens von Haizähnen in marinen Sedimenten ist die Anwendbarkeit von δ18Op-Ana!ysen in biogenen Apatiten hinsichtlich der zeitlichen Auflösung limitiert. Detaillierte Untersuchungen können nur in Ablagerungsräumen erfolgen, für die es umfangreiches Fossilienmaterial gibt. Wenn jedoch ausreichend diverses Material vorhanden ist, dann liefert die Sauerstoffisotopie von Haizähnen wichtige Informationen zu Paläotemperatur, Saisonalität, Migrationsverhalten, Süßwassereintrag sowie dem Einfluss unterschiedlicher Wassermassen. Insbesondere die integrative Betrachtung von Fisch δ18Op Daten mit δ18O-Daten von Foraminiferen erlaubt es paläoklimatische und -hydrologische Informationen der Schelf- und Randmeere mit denen des Ozeans zu verbinden. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass der Apatit von Haizähnen ein einzigartiges geochemisches Archiv darstellt, das sich für paläoklimatische und hydrologische Untersuchungen in randmarinen und eventuell auch limnischen Abfolgen eignet. Hieraus ergibt sich ein großes Potenzial für zukünftige Forschungsprojekte.
Projektbezogene Publikationen (Auswahl)
- 2003. Stable isotopic values of fish remains and inoceramids in Late Cretaceous black shales of Demerara Rise. EOS Trans AGU 84(46), Fall Meeting Supplement, Abstract PP42C-04
MacLeod K., Stanley P., Voigt S., and Zacke A.
- 2004. Oxygen isotopes in fossil biogenic calcite and apatite: a tool for reconstructing late Cretaceous seawater properties. 32nd Int. Geol. Congr., electronic version posted on-line on July 20, 2004, Abs. Vol., pt. 1,abs. 261-3
Voigt, S., Zacke A., Rühl R. R., Joachimski M. M. and Gale A. S.
- 2004. Reconstruction of Late Cretaceous shelfsea temperatures using the oxygen isotopic composition of shark teeth. Geophysical Research Abstracts 6: EGU04-A-03087
Zacke A., Voigt S., Rühl R., Joachimski M.M., Gale A.S.
- 2004. Sauerstoff-isotopenuntersuchungen am Apatit fossiler Haizähne aus der Schreibkreide NW-Europas (Cenoman-Maastricht). Sedimenttagung 2004, Aachen
Zacke, A., Voigt, S., Rühl, R. R., and Joachimski, M. M.
- 2005. Oxygen isotope record of Cenomanian shark teeth from SE-England. 7th International Symposium on the Cretaceous, Scientific Program and Abstracts. 185-186; Neuchâtel
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Zacke, A., Voigt, S., Joachimski, M., Rühl, R., Gale, A. S.
- 2005. Oxygen isotopic composition of Cretaceous and Tertiary shark teeth. First International Workshop on Taphonomy and Biochemistry applied to Human and Environmental Sciences, May 2005, Paris
Zacke, A., Voigt, S., Joachimski, M. M., Rühl, R. and Gale, A. S.
- 2005. Oxygen isotopic composition of Upper Cretaceous (Cenomanian-Maastrichtian) shark teeth. 7th International Symposium on the Cretaceous, Scientific Program and Abstracts, Neuchâtel
Zacke, A., Voigt, S., Joachimski, M. M., Rühl, R., Gale, A. S.
- 2005. Shark teeth oxygen isotopes reveal salinity changes and water column stratification in the Palaeocene-Eocene North Sea. System Earth - Biospehre Coupling, GeoErlangen, Sept. 24-29, Schriftenreihe der Deutschen Gesellschaft für Geowissenschaften, Programs and Abstracts, Heft 39, p. 389
Voigt, S., Zacke, A., Gale, A. S., & Joachimski, M.
- 2005. Shark teeth oxygen isotopic evidence for salinity changes and water column stratification in the Palaeocene-Eocene North Sea Basin. The Micropalaeontological Society's Foraminifera and Nannofossil Groups Joint Spring Meeting, June 2005, Southampton
Voigt, S., Zacke, A., Gale, A. S. and Joachimski, M. M.
- 2006. Oxygen isotopic composition of shark teeth: Evidence for salinity changes and water column stratification in the Palaeocene-Eocene North Sea Basin. - Climate and Biota of the Early Paleogene, Bilbao, June 2006, Volume of Abstracts, 152
Zacke, A., Voigt, S., Joachimski, M. M., & Gale, A. S.
- 2006. Shark teeth oxygen and neodymium isotopes from the Palaeocene-Eocene North Sea reveal salinity changes and water column stratification as a consequence of tectonic uplift and effusive volcanism. GV 2006, 96th Annual Meeting and International Conference, Potsdam, September 2006
Voigt, S., Zacke, A., Tütken, T., Joachimski, M., Gale, A. S.
- 2007. Biogene Apatite fossiler Selachier: Ein Archiv zur Rekonstruktion von Palökologie und Paläozeanographie warmzeitlicher Schelfmeere. Dissertation, Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät der Universität zu Köln, 155 Seiten
Zacke, A.
- 2007. Surface water freshening and high-latitude river discharge in the Eocene North Sea. Geology
Zacke, A., Voigt, S., Joachimski, M.M., Gale, A.S., Ward, D. J. & Tütken, T.
