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Authors: Kröger, Karsten Friedrich
Title: Sedimentary environments and climate change: a case study (late Miocene, central Crete)
Online publication date: 25-Feb-2005
Language: english
Abstract: In this study, conditions of deposition and stratigraphical architecture of Neogene (Tortonian, 11-6,7Ma) sediments of southern central Crete were analysed. In order to improve resolution of paleoclimatic data, new methods were applied to quantify environmental parameters and to increase the chronostratigraphic resolution in shallow water sediments. A relationship between paleoenvironmental change observed on Crete and global processes was established and a depositional model was developed. Based on a detailed analysis of the distribution of non geniculate coralline red algae, index values for water temperature and water depth were established and tested with the distribution patterns of benthic foraminifera and symbiont-bearing corals. Calcite shelled bivalves were sampled from the Algarve coast (southern Portugal) and central Crete and then 87Sr/86Sr was measured. A high resolution chronostratigraphy was developed based on the correlation between fluctuations in Sr ratios in the measured sections and in a late Miocene global seawater Sr isotope reference curve. Applying this method, a time frame was established to compare paleoenvironmental data from southern central Crete with global information on climate change reflected in oxygen isotope data. The comparison between paleotemperature data based on red algae and global oxygen isotope data showed that the employed index values reflect global change in temperature. Data indicate a warm interval during earliest Tortonian, a second short warm interval between 10 and 9,5Ma, a longer climatic optimum between 9 and 8Ma and an interval of increasing temperatures in the latest Tortonian. The distribution of coral reefs and carpets shows that during the warm intervals, the depositional environment became tropical while temperate climates prevailed during the cold interval. Since relative tectonic movements after initial half-graben formation in the early Tortonian were low in southern central Crete, sedimentary successions strongly respond to global sea-level fluctuation. A characteristic sedimentary succession formed during a 3rd order sea-level cycle: It comprises mixed siliciclastic-limestone deposited during sea-level fall and lowstand, homogenous red algal deposits formed during sea-level rise and coral carpets formed during late rise and highstand. Individual beds in the succession reflect glacioeustatic fluctuations that are most prominent in the mixed siliciclastic-limestone interval. These results confirm the fact that sedimentary successions deposited at the critical threshold between temperate and tropical environments develop characteristic changes in depositional systems and biotic associations that can be used to assemble paleoclimatic datasets.
Zur Voraussage der Auswirkungen der heutzutage beobachteten Klimaerwärmung ist es wichtig, genaue Klimadaten aus der geologischen Vergangenheit zu gewinnen, mit deren Hilfe Klimamodelle getestet werden können. Eine genaue Kenntnis der Auswirkungen globaler Klimaschwankungen auf marine Ablagerungsräume ist hierzu erforderlich. Ziel dieser Arbeit ist es, Methoden aufzuzeigen, um diese Zusammenhänge genauer zu erfassen und die Verbindung zu globalen Prozessen herzustellen. Zu diesem Zweck wurden Sedimente des jüngeren Tertiärs (Torton, 11-6,7Ma) untersucht, die im südlichen Zentralkreta exzellent aufgeschlossen sind. Die Analyse der stratigraphischen Architektur und der Entwicklung der Geometrie des Ablagerungsraums ergab, dass die Sedimentation in einem tektonisch aktiven, E-W orientierten Halbgrabensystem begann. Im Laufe des Tortons kam es zu einer Änderung des Spannungsfeldes, woraus eine zunehmende Fragmentierung des Beckens unter anhaltend starker Absenkung resultierte. Im Zuge abnehmender tektonischer Aktivität verminderte sich auch der Eintrag von Siliziklastika und es bildete sich ein Rampensystem, in dem vor allem kalkige Sedimente abgelagert wurden. Zur Untersuchung der Umweltbedingungen zur Zeit der Ablagerung der Kalksteine erwiesen sich nicht-geniculate coralline Rotalgen als wertvolle Indikatoren für Wassertemperatur und -tiefe. Durch detaillierte Bestimmung der im Torton auf Kreta vorkommenden Rotalgentaxa ließen sich Index-Werte zur Quantifizierung von Wassertiefe und -temperatur aufstellen und an der Verbreitung anderer Organismen wie benthischen Foraminiferen und Korallen testen. Auf der Basis von an kalzitschaligen Muscheln aus Portugal (Algarve) und Zentralkreta gemessenen 87Sr/86Sr-Daten wurde eine Methode der hochauflösenden Sr-Chronostratigraphie entwickelt. Diese Methode basiert auf der Korrelation von Fluktuationen in den Sr-Kurven gemessener Profile mit Fluktuationen in einer globalen Meerwasser-Referenzkurve aus dem späten Miozän. Auf diese Weise ließen sich die auf der Analyse von Umweltindikatoren beruhenden Klimadaten von Kreta in einen zeitlichen Rahmen setzen und mit globalen Klimasignalen vergleichen, wie sie sich in Sauerstoff - Isotopenverhältnissen widerspiegeln. Der Vergleich zwischen Paläotemperaturdaten auf der Basis von Rotalgen mit der globalen Sauerstoffisotopenkurve hat gezeigt, dass die verwendeten Index-Werte globale Temperaturschwankungen abbilden. Die Daten belegen eine Warmphase im frühesten Torton, eine weitere kurze Warmphase zwischen 10 und 9,5 Ma, ein längeres klimatisches Optimum zwischen 9 und 8Ma, sowie eine Phase der Erwärmung im spätesten Torton. Dabei führte das längere klimatische Optimum zur flächendeckenden Verbreitung von Korallenteppichen. Lokal erhöhte Nährstoffkonzentrationen schränkten die Verbreitung von Korallenriffen und – teppichen im Untertorton ein. Dagegen konnten aufgrund der vorgefundenen Foraminiferenvergesellschaftungen insgesamt hohe Nährstoffkonzentrationen für das Obertorton ausgeschlossen werden. Weit verbreitete sedimentäre Markerhorizonte spiegeln globale Meeresspiegelschwankungen wider. Solche eustatischen Einflüsse sind sowohl durch die Korrelation mit der Sr-Isotopenkurve als auch durch die auf Rotalgenvergesellschaftungen beruhende Wassertiefenkurve belegt. Durch den Einfluß langfristiger eustatischer Schwankungen auf die Topographie des Ablagerungsraumes entstand über eine Dauer von mehreren Millionen Jahren eine charakteristische Sedimentabfolge. Diese Abfolge entspricht der Dauer eines eustatischen Zyklus dritter Ordnung. Die vorgefundenen Merkmale eines solchen Zyklus sind gemischt siliziklastisch-karbonatische Sedimente, die während eines Meeresspiegelfalls und –tiefstands abgelagert werden, ungeschichtete Rotalgenkalke, die während eines ansteigenden Meeresspiegels entstehen und Korallenteppiche, die in der späten Phase des Anstiegs oder während des Meeresspiegelhochstands gebildet werden. Letzterer entspricht der wärmsten Phase des Zyklus, während der die polare Eisakkumulation am geringsten ist. Einzelne Schichten bilden wiederum kurzfristigere glazioeustatische Schwankungen ab. Diese treten am deutlichsten in den gemischt siliziklastisch-karbonatischen Ablagerungen hervor. Wie die Untersuchung von Rotalgenvergesellschaftungen gezeigt hat, bilden Karbonatrampen, die im kritischen Übergangsbereich zwischen gemäßigten und tropischen Klimaten entstanden sind, globale Klimaschwankungen besonders deutlich ab. Durch die Möglichkeit, diese Sedimente mit Hilfe der Sr-Isotopenchronostratigraphie in einen genauen, an der glazioeustatischen Meeresspiegelfluktuation orientierten zeitlichen Rahmen zu setzen, bietet sich ein Ansatzpunkt, genaue Klimadaten aus der geologischen Vergangenheit zu gewinnen.
DDC: 000 Allgemeines
000 Generalities
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-3091
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
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