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Forschungsschwerpunkte
Die Gruppe untersucht Umweltsignale in Sedimentgesteinen mit drei
Foschungsschwerpunkten:
1. Sequenzstratigraphie stabiler und tektonisch aktiver Becken (Rifts und Pull-aparts):
Rekonstruktion globaler und lokaler Meeresspiegelschwankungen
 Globale, eustatische Meerespiegelschwankungen prägen sedimentären Abfolgen
weitweit ihren Stempel auf und erlauben auf diese Weise stratigraphische Korrelationen, d.h.
den zeitlichen Vergleich von Gesteinsschichten. Allerdings überlagern sich lokale Hebungsoder Senkungsbewegungen des Meeresboden infolge tektonischer Prozesse positiv oder
negativ mit den globalen Meeresspiegeländerungen (relative Meeresspiegelschwankungen)
und erschweren die Erkennung der globalen Muster. Von besonderem Interesse ist deswegen
die vergleichende Untersuchung der Ablagerungen stabiler Schelfe (passive Kontinentränder)
mit tektonisch synsedimentär aktiven Becken (Riftbecken, Pull-apart-Becken). Beide BeckenTypen werden von der Gruppe in einem bestimmten geologischen Zeitraum (Neogen)
untersucht. Beispiele sind der stabile Schelf von Portugal (passiver Kontinentrand),
Sedimentbecken im Ostafrikanischen Riftsystem (Kenya, Uganda) und verschiedenen
Intramontanbecken des alpinen Gebirgssystems (Spanien, Italien, Griechenland).
Bild 0a, 0b: Tektonische Hebungen und Erosionserscheinungen prägen das Bild der Neogenbecken im Mittelmeerraum. Kreta.
Link pdf6.
Bild 1: Horizontal abgelagerte Gesteinschichten auf dem Stabilen Schelf von Portugal (Algarve). Von Schicht zu Schicht
veränderte Fossilgemeiscnaften verraten Änderungen im ehemaligen Lebensraum, z.B. Wassertiefe oder –temperatur. Alter 10
Millionen Jahre. Link: pdf1.
Bild 2: Große geologische Aufschlüsse erlauben die Untersuchung der horizontalen Verbreitung einzelner Gesteinsschichten.
Die gezeigte Felswand erschließt ein ehemaliges Küstenkliff, das von Korallen besiedelt wurde. Über die Zeit wurde das Kliff
durch ein Ansteigen des Meeresspiegels mehrfach zurück verlegt. Alter der Riffe: 8 Millionen Jahre. Kreta. Link: pdf2.
Bild 3a, 3b: Geomorphologie der Riftbecken: Infolge der bis heute andauernden tektonischen Hebung der Riftschulter
(Hintergrund) relativ zum Riftbecken (mit dem Albert-See/Uganda) besteht ein erhebliches Relief, das noch nicht durch Erosion
und Sedimentakkumulation ausgeglichen worden ist. Alter der Gesteinsschichten 6 Millionen Jahre, Alter der Gesteine auf der
Riftschulter >1 Milliarde Jahre.
Bild 4: Die Ablagerungen des fossilen Alber-Sees sind nur an denjenigen Stellen heute zugänglich und aufgeschlossen, wo sie
nicht mit der allgemeinen Absenkung unter den Seespiegel versenkt worden sind.
Bild 5a, 5b. Feinkörnige Sedimente (Tonsteine, Diatomite) und Eisenstein-Bänke wurden über längere Zeiträume mit
gleichmäßigen Raten angehäuft. Mit häufigen Schnecken und Fischresten geben sie einen Einblick in die damalige Lebewelt
des Sees.
Bild 6. Einzelne Konglomerate und Brekzien (bräunliche Schicht) wurden während kurzer Ereignisse, z.B. Starkregen, in den
See geschüttet. Sie enthalten deswegen hauptsächlich Fossilien von Organismen die auf dem Festland lebten. Dazu gehören
Flusspferde aber auch Rinder, Giraffen und Elefanten. Alter 6 Millionen Jahre.
Bild 7a, 7b: Unser Camp bei Nyawega am Albert-See/Uganda, 2006. Auf dem Autodach ist stets der beste Empfang für
Mobiltelephone.
Bild 8: Ugandischer Bierkühler.
2. Faziesanalyse sedimentärer Abfolgen: Rekonstruktion von Ablagerungsräumen
 Neben relativen Meeresspiegelschwankungen bestimmen die klimatischen und
topographischen Gegebenheiten in und um ein Sedimentbecken die Art der
Sedimentablagerung und die Weise wie sich Meerespiegelschwankungen in der geologischen
Überlieferung bemerkbar machen. Mithilfe der Faziesanalyse kann ein Ablagerungsraum
rekonstruiert werden. Im Falle von Kalksteinen stellt die Mikrofazies-Analyse eine besonders
wichtige Methode dar, weil Organismengesellschaften die Art der Umweltbedingen, bzw.
deren zeitliche Änderungen, mit großer Genauigkeit anzeigen. Ziel unserer Untersuchungen
ist die Rekonstruktion des Paläoklimas und die Entschlüsselung der Mechanismen, wie
Organismengemeinschaften auf Umweltänderungen reagieren. Von besonderer Bedeutung
sind für uns in diesem Zusammenhang bestimme Schwellenwerte, etwa die WinterMinimaltemperatur des Oberflächenwasser hinsichtlich der globalen Verbreitung der
Korallenriffe (18°C). Sie erlauben über geologische Zeiträume gesehen eine exakte
Einschätzung der globalen Temperaturentwicklung. Daraus ergeben sich aber zahlreiche neue
wichtige Fragen wie: Wie warm (oder wie kalt) kann es auf der Erde eigentlich werden?
Oder, wie sind die Tropen ( Korallenriffe) im Vergleich zu hohen Breiten von
Klimaänderungen betroffen?
Bild 10: Korallenriff, gebildet aus zahlreichen, noch aufrecht stehenden Korallenästen. Name der Koralle: Porites. Alter: 10
Millionen Jahre. Kreta. Link: pdf3.
Bild 11: Dünnschliff eines Sedimentgesteins für die Mikrofazies-Analyse. Das Gestein besteht fast ausschließlich aus den
Resten von Muscheln, Bryozoen und Seeigeln. Gesteine mit einer derartigen Fossil-Assoziation zeigen Wassertemperaturen
unter dem Schwellenwert für Korallenriffe an. Alter 7 Millionen Jahre. Spanien. Link: pdf4.
Bild 12: Karte des Mittelmeerraumes mit der Verbreitung von Korallenriffen (Gemeinschaft des Warmwasserbereiches) und
Kaltwassergemeinschaften. Das Verbreitungsmuster zeigt niedrigere Wassertemperaturen im Atlantik verglichen mit dem
Mittelmeer auf.
3. Geochemische Umweltdaten („proxies“) in Biomineralisaten (Zähne, Korallen)
 In Hinblick auf den gegenwärtigen klimatischen Wandelt stellt sich die große
Frage: Wie schnell ist die Klimaänderung? Was ist normal bzw. woran erkennen wir eine
allgemeine Wandlung des Klimas? Nachdem unsre Temperaturmessungen nur kurze Zeit
zurückreichen und ein Blick in die Zukunft naturgemäß nicht möglich ist, ergeben sich nur
zwei Wege zur Lösung dieses Dilemmas: Die Computermodellierung (nicht nachprüfbar)
oder die Untersuchung geologischer Archive als Schlüssel zur Zukunft. Faziesanalysen der
Gesteinsschichten erlauben wegen der riesigen Dimensionen der geologischen Zeit nur eine
grob gerasterte Rekonstruktion der Paläo-Umwelt. Von besonderer Bedeutung sind deswegen
quantitative, geochemische Untersuchungen an Fossilresten, die eine Rekonstruktion der
Wassertemperaturen zu Lebzeiten der Organismen erlauben. Organismen mit einer großen
Lebensspanne und massiven, kontinuierlich wachsenden Skeletten liefern bei entsprechend
feiner Beprobung sehr detaillierte Informationen über die Jahreszeitlichkeit (Unterschied
zwischen Winter und Sommer) aber auch Vergleichsmöglichkeiten dieser Saisonalität über
Jahrhunderte hinweg. Insbesondere letztere Information ist von größtem Interesse, denn sie
liefert die Informationen zu Fragen „was ist ein normales Jahr?“ oder „liegt ein Erwärmungs/Abkühlungstrend vor?“. Um entsprechende Fragen für die Erdgeschichte im Neogen zu
beantworten untersuchen wir zwei grundsätzlich verschiedene Objekte: Die geochemische
Zusammensetzung der Riffkorallen als unbestechliche Zeugen der Änderungen der
Meerestemperaturen sowie die Zusammensetzung der Zähne (hier Zahnschmelz) der
Säugetiere als Klimadokumente der Festländer. Während Korallen am Meeresgrund
festgewachsen leben und so die Umweltbedingungen an einem bestimmten Punkt speichern,
wird eine Klimarekonstruktion über Zähne frei laufender Säugetiere durch jahreszeitliche
Wanderungen erschwert. Wir untersuchen deswegen die stabile Isotopenzusammensetzung
(18O, 13C) des Zahnschmelzes von Flusspferden von denen bekannt ist, dass sie in einem
klar umgrenzten Revier leben und somit die Variation der Klimafaktoren (Temperatur,
Niederschlag, Feuchte), aber auch die Art des Futters verlässlich wiedergeben.
Bild 13a, 13b. Das Skelett einer 10 Millionen Jahre alten Koralle zeigt eine deutliche Bänderung als Folge eines jahreszeitlich
unterschiedlich starken Wachstums (Anschliff und Röntgenaufnahme). Stabile Isotopen-Analysen (Sauerstoff, 18O) erlauben
die Rekonstruktion der damaligen Umweltbedingungen: Die Zacken der grau unterlegten Kurve bilden eine jahreszeitliche
Temperaturschwankung von ca. 7°C ab. Kreta. Link: pdf3, pdf5.
Bild 14a-c. Proben für die geochemische Analyse von Zähnen kleine Bohrkerne aus dem Zahnschmelz entnommen. Die
Bohrlöcher werden nach der Anbohrung wieder verschlossen und sorgfältig retouchiert. Die Sequenz der drei Bilder zeigt einen
Backenzahn vor, während (nass) und nach der Probennahme. Albert-See, Uganda.
Bild 15. Backenzahn eines Flusspferds; Dünnschliff eines Bruchstücks mit Zahnschmelz und Dentin (Alter 6 Millionen Jahre).
Der ursprünglich weiße Zahn ist stark verfärbt durch Einwanderung mineralischer Substanzen in das Dentin (gelblich-schwarz),
während der Zahnschmelz unverändert erhalten ist (hell im Durchlicht). Albert See, Uganda.
Bild 16a, b, c: Die Bergung großer Korallenstöcke erfordert oft den Einsatz von Schweiß und schwerem Gerät. Kreta.
Bild 19: Computermodell des Klimas im Torton vor 10 Millionen Jahren. Die Karte zeigt den Unterschied zu den heutigen
Lufttemperaturen über der Erdoberfläche an. Link: pdf5.
4. Geoarchäologie
 Provenanz-Analyse historischer Werksteine und Schmuckgegenstände: Die
petrographische Analyse von Kalksteinen ermöglicht eine klare Typisierung von
Gesteinsmaterial. Über die Analyse von Fossilgemeinschaften (Hinweise auf Lebensraum
oder Klima) und Diagenesemerkmalen (Verfestigungsaspekt, Verwitterungsmerkmale) kann
ein Gestein eindeutig einem bestimmten geologischen Alter und Herkunftsraum zugewiesen
werden. Beispielhafte Untersuchungen betreffen Werksteine römischer Denkmäler und
Siedlungen im Rhein-Main-Gebiet und am Niederrhein. Hinzu kommen GeomaterialUntersuchungen an historischen Schmuckgegenständen. Dazu gehört der Nachweis der
Nutzung von Muschelschalen aus dem Mittelmeerraum zur Herstellung von Ketten im
Mittelalter oder in der Jungsteinzeit Mitteleuropas.
Bild 17. Dünnschliff eines römischen Werksteins (Grabung im Rhein-Main-Raum). Die einzelnen Bestandteile und das Gefüge
des Kalksteins belegen einen sehr flachmarinen, tropischen Lebensraum. Winzige Korallenbruchstücke sprechen in diesem
Beispiel für ein jurassisches Alter, die Gesteinsauprägung für eine ursprüngliche Herkunft aus Lothringen (Frankreich).
Bild 18: Ringförmige Perle, hergestellt aus der Schale der „Lazarusklapper“, einer Muschel, die in warmen Meeren, wie
beispielsweise dem Mittelmeer, vorkommt. Süddeutschland, Mittelalter, natürliche Patina.
Zum Internetbeitrag
http://www.planeterde.de/Members/redaktion/Kurznachrichten/09_2005/sarkophag_t/view
auf dem Portal planeterde – Welt der Geowissenschaften
Aktuelle Projekte
Seasonality and interannual climate variability during the Late Miocene: Testing and tuning
climate models using oxygen isotope stratigraphy, growth increment analysis and new
ground data
Interaktion von Tektonik und Sedimentologie im Fore-arc-Bereich der Hellenischen
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Entwicklung zurück-schreitender Subduktionszonen und die Geodynamik des
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Klimastratigraphie flachmariner Karbonate des Ober-Miozän (Heraklion-Becken,
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Der Blick zurück als Schlüssel zur Zukunft: Atmosphärische Variabilität im späten Miozän
vor 10 – 6 Millionen Jahren
Virtuelle Tour
Bilder ohne Text unter dem entsprechenden Verzeichnisnamen einstellen:
Kinderuniversität: Das Ende der Urzeitriesen – Warum starben die Dinosaurier aus?
DVD im Buchhandel erhältlich (Mainzer Kinderuniversität)
 Bildergalerie. [siehe Bilder in entspr. Verzeichnis!]
Wissenschaftsmarkt 2003-2005
 Bildergalerie: „Meeressaurier auf dem Gutenberg-Platz“ und „Lebendige Urzeit –
Pflanzen aus 400 Millionen Jahren“ [siehe Bilder in entspr. Verzeichnis!]