SFB 350, TP A3: Rekonstruktion von regionalen Paläoklimaten im Raum der Niederrheinischen Bucht

Zusammenfassende Darstellung der Ergebnisse

T. Utescher, V. Mosbrugger, A.R. Ashraf, H.-D. Schilling+, M. Gebka

 

PROXYDATEN


Rekonstruktion der unteren Randbedingungen: *Küstenlinie *Rauhigkeit *Bedeckung


Die Rekonstruktion dieser Proxies in mehreren neogenen Zeitscheiben der NRB ermöglicht zusätzlich die Betrachtung der raum-zeitlichen Entwicklung von sedimentärer Fazies und Vegetation.

Sedimentäre Faziesverteilung - Auswertung geologischer Profilschnitte, Karten, Bohrungen (meist Rheinbraun AG).

Die Sedimentation zur Hauptflöz-Zeit (Zeitscheiben 6A, 6E) ist geprägt durch Torfbildung in weiten Teilen der Bucht. Die Bildung des mächtigen Braunkohle-Lagers (<=100m) korrespondiert dabei mit einem permanent hohen bzw. steigenden Meeresspiegelniveau, dabei wandert die Küstenlinie zunehmend nach S. In den Deckschichten (Bsp. 7F) gibt es Torfbildung nur noch auf dem Rur Block (Oberflöz), der übrige Bereich ist durch fluviatile Sedimentation geprägt. Im Pliozän (Bsp. 9A) gibt es keine grösseren Areale mit Torfbildung mehr, neben fluviatilen Rinnensystemen treten verstärkt lakustrine Tone auf.

6a-vege-thumb.jpg (13051 Byte) 6e-vege-thumb.jpg (12636 Byte) 7fvege3-thumb.jpg (13549 Byte) 9avege3-thumb.jpg (12250 Byte)
Zeitscheibe 6A, Flöz Morken Zeitscheibe 6E, Flöz Garzweiler Zeitscheibe 7F, Top der Inden Fm. Zeitscheibe 9A, Unterer Rotton

Legende

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Vegetationsverbreitung - ökologische Auswertung von Mikrofloren mit multivariaten statistischen Methoden

Die auf der Grundlage der Auswertung von Mikrofloren für die Zeitscheiben erstellten Vegetationskarten verdeutlichen den Zusammenhang zwischen Verbreitung der kartierten Assoziationen und edaphischen Faktoren. Auf den Torfflächen sind Buschmoor-Typen und Angiospermen-betonte Bruchwälder verbreitet, im Bereich der fluviatilen klastischen Fazies dagegen Assoziationen, die auch Rezent für die Fluss-begleitende Tiefland-Vegetation typisch sind. In der Zeitscheibe 9A ist ein Typ mit Ericaceen, Gagel und Torfmoos verbreitet, der Anklänge an rezente Hochmoor-Gemeinschaften aufweist.

 

 

Paläoklima-Parameter aus Proxydaten

Zur Rekonstruktion von Paläoklima-Parametern wurde der paläobotanische Befund mit dem von TP. A3 entwickelten C(oexistence) A(pproach) ausgewertet (Mosbrugger & Utescher, 1997). Das Verfahren liefert Parameter-Intervalle, in denen die Anzahl koexistenzfähiger nächster lebender Verwandter der in der fossilen Flora vorkommenden Taxa maximal ist. Das Verfahren eignet sich grundsätzlich für alle Florentypen, liefert jedoch - in Abhängigkeit von Diversität und systematischer Auflösung unterschiedlich spezifische Lösungen.

Zeitscheibe7F_proxyMAT_thumb.jpg (20920 Byte) Zeitscheibe7F_proxyCMM_thumb.jpg (19637 Byte) Zeitscheibe9A_proxyMAT_thumb.jpg (18581 Byte)
Zeitscheibe 7F, Jahresmitteltemperatur, Minimalwerte Zeitscheibe 7F, Mittel des kältesten Monats, Minimalwerte Zeitscheibe 9A, Jahresmitteltemperatur, Minimalwerte

Datengrundlage für die Proxy-Klimakarten sind die Ergebnisse der Auswertung von Mikrofloren an jeweils über 40 Probenpunkten mit dem CA, hier für die Jahresmitteltemperatur (MAT). Das Verfahren berücksichtigt dabei - anders als bei der Definition von ökologischen Assoziationen - die Pollen und Sporen nur qualitativ. Die Proxy-Datenfelder in 7Fzeigen - trotz niedriger SST-Schätzung - zum einen relativ hohe Werte an der Küste, zum anderen eine lokale Wärmeinsel im Bereich der Torffazies auf dem Rur Block. 9A: Bei allgemein niedrigerer MAT liegen Bereiche mit höheren Werten eher küstenferner.

REGIONALE MODELLIERUNG
Mit Hilfe des von TP. A3 speziell angepassten Mesoskalen-Modells werden Simulationen von atmosphärischen Vorgängen durchgeführt, die von ausgesuchten großskaligen Wetterlagen angetrieben werden, wobei als unterer Rand die rekonstruierte Paläogeographie eingesetzt wird. Zugelassen sind bisher maximal 24 Wetterlagen, die sich in Windrichtung und Höhenwindgeschwindigkeit unterscheiden. Die in den Simulationen generierten klimatischen Datensätze werden zur Approximation der Proxydaten miteinander linear kombiniert. Bei der Angleichung der Modell-Daten an die "weichen" Proxies (Temperatur-Intervalle aus dem MCA) spielt die verwendete Fehlerfunktion eine zentrale Rolle. Als für das Minimum-Suchprogramm numerisch handhabbar erwies sich die Form F=Stik mit Exponent k=20 für ti < 1 und k=1 für ti >1, eine Fehlerfunktion, die in der Umgebung des Minimums (i=0) stark abgeflacht ist, in der Randzone des Intervalls (ti"1) dagagen einen steilen Gradienten aufweist und damit den "ranges" der Klimaproxies Rechnung trägt. Nach einer Reihe von numerischen Experimenten wurde für die Proxy?Datensätze der Jahresmitteltemperatur in den Zeitscheiben 7F (Obermiozän) und 9A (Unterpliozän) jeweils eine optimale Häufigkeitsverteilung der zugelassenen Wetterlagen ermittelt. 7F: In der Kombination der Wetterlagen werden Windrichtungen aus dem Sektor N bis W nur zu 8,6% selektiert. Daraus zeichnet sich für die obermiozäne NRB ein Klimatyp ab, der durch eine geringerer Intensität der Westwinde als im Rezenten gekennzeichnet ist. Dieses Ergebnis wird durch das Fehlen einer umfangreicheren nördlichen polaren Vereisung im Obermiozän einen geringeren hemisphärische Temperaturgradienten und damit eine verringerte Intensität der Westwinde bewirkt (vgl. globale Modellierung). 9A: Die vorläufigen Ergebnisse für 9A basieren bisher lediglich auf 8 unterschiedlichen Forcierungen und sind daher nur eingeschränkt aussagekräftig. Wie die Windrose zeigt wurde hier der westliche Sektor selektiert. Damit ergibt die beste Approximation ein Bild, wie es eher den heutigen klimatischen Verhältnissen der NRB entspricht. Im Rahmen des oben benutzten Erklärungsansatzes ist dies ein plausibles Resultat, da im Pliozän mit höheren globalen Temperaturgradienten zu rechnen ist.

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Temperaturen in 2 m Höhe [°C], Modelldaten der besten Approximation an die Proxydaten (Jahresmittel).

Zeitscheibe 7F

Zeitscheibe 9A

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7F_rose.jpg (21557 Byte) <<Windrose für die Zeitscheibe 7F

 

Windrose für die Zeitscheibe>> 9A

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GLOBALE MODELLIERUNG


Unsere Klimauntersuchungen für die Zeitscheibe 7F der NRB werfen Fragen zur damaligen generellen atmosphärischen und ozeanischen Zirkulation auf, denen wir in Kooperation mit dem TP. B3 des SFB 275 (Neogen, Alpenraum) in einem globalen Modellieransatz weiter nachgehen, um die jeweils regional ermittelten Befunde in die globalen Zirkulationsmuster im Sinne einer Interpretation und Konsistenzprüfung einzubetten. Eine speziell interessierende Fragestellung ist, ob eine schwächere Westwinddrift mit einer deutlich flacheren Topographie im Bereich heutiger alpidischer Gebirge und der Nichtvereisung der Arktis verträglich ist und ob die damals um mindestens 4°C höheren Jahresmitteltemperaturen im westlichen Mitteleuropa mit der schwächeren Westwinddrift einhergehen können. Die Modell-Läufe wurde in Zusammenarbeit mit dem DKRZ zunächst mit ECHAM3 (T21) durchgeführt. Dabei erzeugte ein Lauf mit rezenten SSTs und angepasster miozäner Orographie unsere so definierte Standardlösung. Weitere Experimente bezogen sich auf die SSTs der Tropen (Run 6: 6°C kühler als Rezent, RUN 7: ~ Rezent). In beiden Fällen ergaben sich höhere Lufttemperaturen in mittleren und hohen Breiten als im Rezenten. Wohl konnten die hohen Werte aus den Proxies im westeuropäischen Miozän nicht im vollen Umfang getroffen werden, dennoch ist ein Trend in diese Richtung deutlich. Die Windfelder weichen - global gesehen - für RUN 7 nicht sehr vom Rezenten ab, dafür um so mehr für RUN 6, wo die SE-asiatischen Sommer- wie Winter- Monsune erheblich abgeschwächt sind. Gleichzeitig läuft über dem Nordatlantik die Haupttiefdruckzugbahn ("Storm track") nach Europa weiter südlich als heute. Regional bemerkenswert ist, daß in beiden Läufen sowohl im Sommer wie im Winter die Westkomponenten des Windes in Mitteleuropa stark geschwächt sind.

Die Windfelder weichen - global gesehen - für RUN 7 nicht sehr vom Rezenten ab, dafür um so mehr für RUN 6, wo die SE-asiatischen Sommer- wie Winter- Monsune erheblich abgeschwächt sind. Gleichzeitig läuft über dem Nordatlantik die Haupttiefdruckzugbahn ("Storm track") nach Europa weiter südlich als heute. Regional bemerkenswert ist, daß in beiden Läufen sowohl im Sommer wie im Winter die Westkomponenten des Windes in Mitteleuropa stark geschwächt sind. run6_versus4_thumb.jpg (25468 Byte) Differenzenplot der Windfelder aus Run 6 und aus dem rezenten Referenzlauf. Maßstab: Pfeil entspricht 10 m/sec

T. Utescher, 2000

home_button.jpg (5530 Byte)