PAPACORA-200 - Paläoklima, Paläomagnetik und Kosmogene Radionuklide der letzten 200.000 Jahre

Hochauflösende Sedimentabfolgen von mehreren Lokationen der Erde, die bis zu vier Glazial-Interglazial-Zyklen überdecken werden im Hinblick auf ihren paläoklimatischen als auch paläomagnetischen Informationsgehalt hin untersucht. Achtzehn Bohrkerne aus dem Schwarzen Meer als auch vier Bohrkerne aus dem Marmara Meer mit unterschiedlicher zeitlicher Auflösung werden zur Zeit detailliert analysiert. Speziell die paläomagnetischen Ergebnisse dieser mittleren nördlichen Breiten sollen komplementär ergänzt werden durch Analysen an vier Bohrkernen aus dem südöstlichen Pazifik und drei Kernen aus der Drake-Passage, Antarktis. Paläomagnetische Zeitreihen von mittleren bis höheren südlichen Breiten, speziell die von geomagnetischen Exkursionen, sind sehr rar. Sie stellen daher eine wichtige Ergänzung zur globalen Datenbasis dar, auf dessen Grundlage repräsentative Erdmagnetfeldmodelle erstellt werden können.

Paläomagnetische Studien einer ersten Gruppe von Bohrkernen lieferten bereits exzellente Ergebnisse zur geomagnetischen Laschamp Exkursion vor 41.000 Jahren. In der Region des Schwarzen Meeres ist dieses Ereignis durch eine kurze, nur 440 Jahre dauernde vollständige Umpolung des Erdmagnetfeldes gekennzeichnet. Die abgeschätzte Intensität betrug in dieser inversen Feldkonfiguration maximal nur 25% der heutigen Feldstärke. Die Phasen der jeweiligen N-R und R-N Polaritätswechsel (N: normale Polarität, R: inverse Polarität), waren durch Intensitäten von zum Teil lediglich nur 5% der heutigen Feldstärke geprägt. Dies bedeutet dass, die Abschirmung gegen geladene kosmische Partikel (Kosmische Strahlung) stark abgeschwächt war. Dies führte zu einem Anstieg in der Produktionsrate kosmogener Radionuklide (10Be, 14C, 36Cl), wie bisherige Analysen vorwiegend an Eisbohrkernen aus Grönland und der Antarktis ergeben haben. Diese Kerne lieferten jedoch keine paläomagnetische Informationen.

Die geomagnetische Laschamp Exkursion anhand von Sedimenten des Schwarzen Meeres: Variation des Virtuellen Axialen Dipolmoments (VADM), mit den Werten der Jahre 1900 und 2010 (oben), vor dem Hintergrund klimatischer Variationen der letzten 30.000 bis 60.000 Jahre vor heute, rekonstruiert anhand von Grönländischen Eisbohrkernen (Mitte), sowie die Wanderung des Virtuellen Geomagnetischen (Nord-) Pols (VGP) während der Laschamp Exkursion vor ca. 41.000 Jahren (unten).
Zeitliche Variation der magnetischen Deklination (Missweisung) am Schwarzen Meer während der geomagnetischen Laschamp Exkursion, verdeutlicht mit Hilfe eines virtuellen Kompass’ (1s = 100Jahre).
Paläoklima und Erdmagnetfeld vor 10.000 bis 70.000 Jahren vor heute: Temperaturschwankungen anhand der Sauerstoffisotope (d18O) grönländischer Eisbohrkerne (oben) und Variation des Virtuellen Axialen Dipolmoments (VADM) anhand von Sedimenten des Schwarzen Meeres (unten). Dazwischen: Variationen in Produktion der kosmogenen Radionuklide 10Be (Grönland Eisbohrkerne) und 14C (IntCal09; Suigetsu See), antikorreliert zur Erdmagnetfeldstärke.
Vorläufige Rekonstruktion der geomagnetischen Feldstärke (slope NRM/ARM) der letzten 70.000 Jahre, sowie von 120.000 bis 170.000 Jahren vor heute (oben), zusammen mit der Anzahl der Proben pro 200-Jahresmittel (unten; Stand: 2015).

Die sowohl best datierte als auch detaillierteste Zeitreihe der geomagnetischen Laschamp Exkursion der Nordhemisphäre vom Schwarzem Meer wurde mit Sedimentationsraten von 25 bis 40 cm/kyr aufgezeichnet. Darüber hinaus sind sind diese Sedimente durch eine vergleichsweise hohe Homogenität gekennzeichnet. Sie bieten daher die einmalige Chance, den Fluss von 10Be, gekoppelt an eine hochaufgelöste paläomagnetische Zeitreihe am selben Archiv zu bestimmen. Hierfür wurden nun im Rahmen einer Pilotstudie 50 Proben über die Laschamp Exkursion hinweg entnommen.

Zur Zeit werden noch weitere Zeitfenster, für die geomagnetische Exkursionen postuliert wurden, im Detail untersucht. Im Endergebnis sollen sowohl gut datierte als auch kontinuierliche hochauflösende Zeitreihen für Inklination, Deklination und relative Paläointensität, eingebettet in Paläoklimastudien der letzten zwei Glazial-Interglazial-Zyklen, für die Regionen des Schwarzen Meeres und der Region Südost-Pazifik/Antarktis erstellt werden.

Partner:
Dr. Monika Korte, Helmholtz Zentrum Potsdam GFZ, Sektion 2.3 (Entwicklung des Erdmagnetfelds)
Prof. Helge Arz, Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Rostok-Warnemünde. (Paleoklimatologie)
Dr. Antje Weckwerth, Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Rostok-Warnemünde. (Paleoklimatologie)
Dr. Markus Czymzik, Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW), Rostok-Warnemünde. (Kosmogene Radionuklide)
Dr. Frank Lamy, Alfred-Wegener Institut (AWI) für Polar und Meeresforschung, Bremerhaven, (Paleoklimatologie)
Prof. Raimund Muscheler, Department of Geology, Faculty of Science, Lund University, Sweden (Kosmogene Radionuklide)
Dr. Özlem Makaroğlu, Istanbul University, Engineering Faculty, Dept. of Geophysics, 34320, Avcilar, Istanbul, Turkey (Paläomagnetik)

Finanzierung:
Chinese Scholarship Council
Universität Lund
TUBITAC

  • Liu, J., Nowaczyk, N., Frank, U., Arz, H. W. (subm) A 20–15 ka high-resolution paleomagnetic secular variation record from Black Sea sediments – no evidence for the 'Hilina Pali excursion'? Earth and Planetary Science Letters
  • Nowaczyk, N., Liu, J., Frank, U., Arz, H.A (2018) high-resolution paleosecular variation record from Black Sea sediments indicating fast directional changes associated with low field intensities during marine isotope stage (MIS) 4. Earth and Planetary Science Letter | doi:10.1016/j.epsl.2017.12.009
  • Nowaczyk, N., Frank, U., Kind, J., Arz, H. (2013): A high-resolution paleointensity stack of the past 14 to 68 ka from Black Sea sediments. Earth and Planetary Science Letters, 384, 1-16. | doi:10.1016/j.epsl.2013.09.028
  • Nowaczyk, N., Arz, H. W., Frank, U., Kind, J., Plessen, B. (2012): Dynamics of the Laschamp geomagnetic excursion from Black Sea sediments. Earth and Planetary Science Letters, 351-352, 54-69. | doi:10.1016/j.epsl.2012.06.050

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