Zurück zu den Abstracts des 4. ÖSW

Klimasignale in Tropfsteinen ein Beispiel von Peggau, Steiermark und der Piatra Höhle, Dobrogea, Rumänien

Bojar, A.-V. 1, Lascu, C. 2 & Bojar, H.-P. 3

1 Institut für Geologie und Paläontologie, Karl-Franzens-Universität Graz, Heinrichstraße 26, A-8010 Graz; 2 Insitutul de Speologie, Str. Frumoasei 11, Bucuresti, Romania; 3 Landesmuseum Joanneum, Referat für Mineralogie, Raubergasse 10, A-8010 Graz

Karbonatische Gesteine bedecken etwa 20 % der kontinentalen Oberflächen und zählen dadurch zu den wichtigsten sedimentären Ablagerungen. Karbonate werden von Wasser relativ einfach attackiert und in Lösung gebracht. Dies führt zur Ausbildung von Lösungshohlräumen, sogenannte Karstbildungen. Wasser enthält in geringen Mengen CO2 welches aus der Atmosphäre oder dem pflanzlichen Stoffwechsel bezogen wird.

Lösung von Karbonaten erfolgt nach folgender Reaktion:

CaCO3+CO2+H2O  HCO3-+Ca2+

Wasser und gelöstes Karbonat durchdringen das Gestein entlang von Rissen und Schwächezonen. Im Bereich von Karsthohlräumen gelangt das Wasser wieder an die Atmosphäre. Dadurch entweicht HCO3- in Form von CO2 aus dem Wasser. Dies führt zur Fällung von Karbonat und damit zur Formung von Sinterbildungen und Tropfsteinen. Typische Wachstumsraten werden mit 0.05 bis 0.1 mm pro Jahr angegeben (Harmon et al., 1975).

Die durchschnittliche Wassertemperatur in Karstsystemen ist keinen großen jahreszeitlichen Schwankungen unterworfen und entspricht ca. dem jährlichen Mittelwert des Bodens über dem Höhlensystems (Ford & Williams, 1989).

Der Isotopenverteilungskoeffizient für das System Calcit–Wasser, ? = (18/16O)Calcit/(18/16O)Wasser ist hauptsächlich temperaturabhängig. Bei höheren Temperaturen Calcit wird relativ zu Wasser an 18O abgereichert. Dadurch ist die Isotopenverteilung in Tropfsteinen ein Mittel um klimatische Schwankungen in der Vergangenheit nachzuweisen (Schwarcz, 1986). Tropfsteine mit Durchmessern von 17 bis 60 cm wurden senkrecht zur Längserstreckung geschnitten und poliert. Der Probenabstand entlang eines radialen Profiles beträgt 5 mm. Die Proben sind am Stabile Isotope Labor der Karl – Franzens – Universität Graz mittels einer vollautomatischen Linie aufbereitet und in einem Delta plus Massenspektrometer auf C und O – Isotope analysiert worden.

Peggau, Steiermark:

Deutlich zu erkennen sind starke Schwankungen der 18O/16O Verhältnisse. Zwischen der Sauerstoff und Kohlenstoff Verteilung gibt es keine Korrelation. Dieser Faktor ist ein wichtiges Indiz, daß die 18O/16O Verhältnisse durch Temperaturschwankungen und weniger durch Entgasungsungleichgewichte hervorgerufen werden.

Piatra Höhle, Dobrogea, Rumänien

Die analysierten Tropfsteine zeigen starke ?18O Schwankungen entlang der analysierte Profile. Diese haben eine Amplitude von ungefähr 2.5 ‰. Die Tropfsteine aus dieser Höhle zeigen 3 bzw. 2 peaks. Diese peaks sind mit dünnen grauen Schichten und gelben Calcit in Verbindung und deuten auf geringe Fällungsraten oder Wachstumsstillstand hin.

Entlang dreier Wachstums Lamellen wurden ca. 60 Proben analysiert. Die statistisch signifikante Korrelation zwischen ?18O und ?13C deuten eine rasche CO2 Entgasung und Fraktionierung zwischen CO2 und HCO3- während der Calcit Ausfällung an (Hendy, 1971; Schwarcz, 1986; Bar-Matthews, 1996). Nichtsdestoweniger führte die Fraktionierung nur zu einer Variation von 0.5 ‰ für ?18O und bis 1 ‰ für ?13C.

Durch die großen Variationen der ?18O Isotope können diese Tropfsteine als Paläoklimaindikatoren angewendet werden. Um sie mit anderen Klimaindikatoren und Kälte-/Wärmeperioden zu korrelieren sind U-Th Datierungen notwendig. Eine Änderung von 1° C in der Fällungstemperatur vergrößert die 18O Fraktionierung von Calcit und Wasser um ca. 0.24 ‰ (Handy & Williams, 1968; O´Neil et al., 1969). Eine Variation von 2.5 ‰ wie in diesen Tropfsteinen entspricht demnach einer Schwankung der durchschnittlichen Temperatur von ca. 10° C.