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Sauerstoff-Isotope aus der Plassen-Formation der Nördlichen Kalkalpen: Ein Beitrag zur Rekonstruktion der Klimaentwicklung des Zeitbereichs Oberkimmeridge bis Berrias

STRUCK, U.1, EBLI, O.1 & SCHLAGINTWEIT, F.2

1Institut f. Paläontologie, Richard-Wagner-Str. 10, 80335 München, Germany; 2Lerchenauerstr. 167, 80935 München, Germany

Karbonatische Sedimente stellen ein Gemisch unterschiedlichster biogener und abiogener Komponenten mit einer Grundmasse dar, die unter den verschiedensten physikalischen Bedingungen zur Ablagerung kommen. Besonders biogene Komponenten können durch ihre Fähigkeit Kohlenstoff- oder Sauerstoffisotopen selektiv aufzunehmen bei Isotopen-geochemischen Untersuchungen einen großen Unsicherheitsfaktor darstellen. Zudem müssen diagenetische Prozesse wie Umkristallisation oder selektive Lösung bestimmter Partikel während der Lithifizierung in Betracht gezogen werden.

Um die Auswirkungen all dieser nicht näher abschätzbaren Vorgänge zu minimieren, wurden die Untersuchungen auf einen speziellen Faziestyp der Plassenformation, einen Clypeinen-Biomikrit beschränkt. Diese Wackestones, in denen Clypeina jurassica den Hauptbiogenanteil bildet, treten in den tieferen Anteilen der Plassenformation relativ häufig auf, sind durch den Anteil an stratigraphisch verwertbaren Taxa (vor allem Foraminiferen, s. u.) biostratigraphisch zumeist gut datierbar und zeigen mikroskopisch keine Anzeichen stärkerer diagenetischer Beanspruchung.

Unser Untersuchungsmaterial stammt vom Untersberg (U), der Trisselwand (T) bei Altaussee und dem Dietrichshorn (D) bei Unken. Das Alter der Proben kann mit Ober-Kimmeridge (U), (Unter)/Mittel-Tithon (T) und Unter-Berrias (D) angegeben werden.

Unsere Messungen ergaben folgende d 18O-Werte:
Unter-Berrias -1,00 bis +0,08
(Unter)/Mittel-Tithon -5,57 bis -4,51
Ober-Kimmeridge -3,23 bis -3,13

Diese Werte koinzidieren hervorragend mit der eustatischen Kurve von HAQ et al. (1987). Transgressive Entwicklungen sind durch Expansion ausgedehnter Flachschelfgebiete ausgezeichnet, in denen sich die Wassermassen relativ leicht erwärmen können. Die gemessenen leichtesten Isotope, die das wärmste Klima anzeigen, befinden sich am Transgressionsmaximum des Tithon, während die schwersten in einem Regressionsmaximum des Berrias liegen.
Die berechneten Paläotemperaturen ergeben je nach der verwendeten Formel in einem großen Bereich schwankende Wassertemperaturen für das

Berrias 21,0-26,6 oC (21,0-25,7 oC) [20,4-22,4 oC]
Mittel-Tithon 40,1-42,4 oC (40,0 oC) [27,3 oC]
Ober-Kimmeridge 34,3-36,7 oC (34,3-34,7 oC) [25,2-25,3 oC]

Etwas deutlicher wird das Bild wenn man sich auf eine Formel beschränkt, wie die in runden Klammern dargestellten Werte, die nach EPSTEIN et al. (1953) berechnet wurden. Diese sind jedoch allesamt äußerst unrealistisch!

Zur Erklärung des Befundes lassen sich globale Änderungen der Salinität ausschließen, da der SMOW- Wert (Standard Mean Ocean Water) im untersuchten Zeitbereich konstant ist und 0,9 18O beträgt (WALLMANN 2001). Auch lokale Effekte wie Salzaustritt sind nicht wahrscheinlich. Die Isotopensignatur würde zu schwereren Werten, welche kühleres Klima anzeigen, verschoben.

Als bestmögliche Erklärung ziehen wir einen sehr ausgeprägten "vital effect" der Dasycladacee Clypeina jurassica in Betracht. Da diese Spezies aber nur eine zeitliche Verbreitung vom Ober-Kimmeridge (eudoxus-zone) bis zur Basis des oberen Berrias aufweist, und zudem die Clypeinidae bereits im Miozän ausgestorben sind, liegen uns hierfür verständlicherweise keine gesicherten Daten vor. Eine Berechnung unserer Paläotemperaturen mit den Fraktionierungs-daten für die ebenfalls zu den Grünalgen (Familie Codiaceae) gehörende Gattung Halimeda führt uns zu realistischen Ergebnissen (s. o., eckige Klammern). Wir nehmen deshalb ein ähnliches temperaturabhängiges Fraktionierungsverhalten für C. jurassica an.

WALLMANN, K. (2001): The geological water cycle and the evolution of marine d18O values. - Geochim. Cosmochim. Acta, 65 (15), 2469-2485, New York.

WEFER, G. & BERGER, W.H. (1991): Isotope paleontology: growth and composition of extant calcareous species. - Marine Geology, 100, 207-248, Amsterdam.