Karbonat- und Lignitzyklen im Ptolemais-Becken: Orbitale Steuerung und suborbitale Variabilität (Spätneogen, NW-Griechenland). Sedimentologische Fallstudie unter Berücksichtigung gesteinsmagnetischer Eigenschaften

Abstract

KURZFASSUNG Die mio-pliozänen Ablagerungen im NNW � SSE streichenden Monastir-Florina-Ptolemais-Kozani/Servia-Graben beherbergen das größte zusammenhängende Braunkohlevorkommen in Bereich des Balkans. Das Becken erstreckt sich von Monastir (F.Y.R.O.M.) im Norden bis hin zur Region von Elassona im Süden (Makedonien/GR). Es umfasst eine Gesamtfläche von ca. 120 km². Mittlerweile werden ca. 71 % des elektrischen Energiebedarfs der Hauptstadt Athen durch die Energiegewinnung aus dem MFPK/S-G gedeckt. Diese rhythmisch entwickelten Lignitvorkommen zeigen, neben den bedeutenden wirtschaftlichen Aspekten, ein großes Potential für eine Paläoklima-Analyse des nordöstlichen mediterranen Raums. Das Neogen zeigt einen multiplen Wechsel von Kalt- und Warmzeiten mit vereinzelt deutlich höheren Temperaturen als heute an (Bradley, 1999). Die Ursachen hierfür können u.a. auf Variationen der Erdbahnparameter zurückgeführt werden, welche Schwankungen in der Insolation verursachen und somit das atmosphärisch-ozeanische System steuern. Zeitreihenanalysen belegten bereits in den 70er bis späten 90er Jahren des letzten Jahrhunderts diese Variationen innerhalb mariner (Hays et al., 1976; Imbrie & Imbrie, 1980) und kontinentaler Ablagerungen (Santarelli et al., 1988, van Vugt et al., 1998. Die Ursachen und Steuerungsprozesse dieser Variationen sind von Milankovitch (1920, 1930, 1941) eingehenst diskutiert worden. Er nahm an, dass die Sonneneinstrahlung, die maßgebliche Ursache für längerfristige Schwankungen ist. Folgernd müssten diese orbitalen Parameter mit signifikanten Veränderungen der saisonalen Variationen einhergehen. Hierbei handelt es sich insbesondere um die Exzentrizität der Erdumlaufbahn (123 � 98 ka Zyklus), die Schiefe der Ekliptik (50 � 41 ka Zyklus) und die Präzession der Erdachse (23 � 19 ka Zyklus). Spektralanalysen von Klimadaten belegen, dass die Schiefe der Ekliptik und die Präzession die saisonal-räumliche Verteilung der Insolation beeinflussen (Berger, 1988). Erstere kontrolliert vor allem die Länge der Jahreszeiten und zeigt ihren größten Effekt innerhalb borealer Breiten. Letztere hat zur Folge, dass die im Perihel sonnenzugewandte Hemisphäre im Sommer eine höhere Insolation erreicht, aber aufgrund der unterschiedlichen Erdumlaufbahngeschwindigkeiten auch einen kürzeren Sommer aufweist. Dem entgegengesetzt zeigt die übrige Hemisphäre einen stärkeren Insolationskontrast. Zielsetzung der Dissertation ist die Untersuchung der rhythmisch entwickelten neogenen (mio-pliozänen/Komnina und Ptolemais Formation) Lignit-Abfolgen des Ptolemais-Grabens und der Nachweis der bereits erwähnten periodischen und evtl. vorhandenen, quasi periodischen Klimazyklen. Die paläomagnetischen Resultate ergeben für den größten Teil der untersuchten Proben eine stabile Richtung mit steiler inverser und flacher bis steiler normaler Inklination. Hierbei handelt es sich überwiegend um Proben, die eine Ein- bzw. Zweikomponentenremanenz aufweisen. Wechselfeldstabilen Remanenzen, welche innerhalb aller Abfolgen zu beobachten sind, werden für die magnetostratigraphische Auswertung und die Konstruktion der Polaritätsskala und deren Korrelation an der astronomischen Polaritätszeitskala (APTS) (Shackleton et al., 1990, 1995, Hilgen et al., 1995) nicht berücksichtigt. Generell zeigen die oberneogenen Proben, mit Ausnahme der Sektion Lava, relativ niedrige Magnetisierungbeträge, welche eine geringe Präsenz ferrimagnetischer Komponenten belegen. Aus den Ergebnissen der Gesteinsmagnetik wird ferner eine relativ inhomogene Magnetominerlogie ersichtlich. Diese ist überwiegend repräsentiert durch die Eisenoxide (Magnetit, Hämatit) und die Eisensulfide (Greigit, Pyrrhotit). Das Variationsmuster dieser Zyklen, welche innerhalb der astronomischen Reihenentwicklung Perioden von 128.2 � 95, 53.6 � 39.7, 23.7 � 18.9 ka und Submilankovitch-Bänder erfassen, wurde durch Zeitreihen verschiedener hochauflösender spektrophotometrischer (L*,a*,b*,DE*ab,C*,h) und geophysikalischer (Gamma-Ray-Log und Suszeptibilität) Skalare nachgewiesen. Diese hochauflösenden Proxydaten werden ferner mit einer numerischen Frequenzanalyse näher untersucht. Die hieraus resultierende Filterung der Datensets belegen eine Hierarchie von Zyklen beginnend mit den niederfrequenten Milankovitchzyklen hin zu einer höherfrequenten suborbitalen Variabilität. Folglich kann eine Interpretation dieser schon visuell erkennbaren Hell-/Dunkel-Bankungen (sog. Zebraschichtung) mit überwiegend klimatischen Kontext in Betracht gezogen werden. Eine Vielzahl weiterer Proxys(Gesteinsmagnetik, Auflichtmikroskopie, XRD) liefert ergänzende paläoklimatische- und paläoumweltbezogene Erkenntnisse. Das vorliegende Fallbeispiel zeigt somit, dass limnische Kohleabfolgen genauso gut als terrestrische Klima-Archive angesehen werden können wie marine Sektionen. Die Variabilität dieses relativ kleinräumigen Gebietes erlaubt es folglich eine Bewertung großregionalerer Klimatrends vorzunehmen