Eine Palynologische Analyse der Bohrung Enspel - Rekonstruktion der Klima- und Vegetationsgeschichte im Oberoligozän

Abstract

Die Sedimente der Oberoligozänen Fossillagerstätte Enspel im Westerwald wurden mit Hilfe palynologischer Methoden untersucht. Dazu wurden die bei der Forschungsbohrung von 1996 erbohrten lakustrinen Sedimente (Schwarzpelite) beprobt und nach Standardverfahren palynologisch aufbereitet. Bei der Auszählung der Präparate konnten 80 Taxa von Angiospermen, 20 Taxa von Gymnospermen und 41 Taxa von Pteridophyten identifiziert werden. Weiterhin fanden sich mehrere Algenarten, darunter auch 2 Arten von Dinoflagellaten, sowie viele verschiedene Formen von fossilen Pilzresten in den Proben. Durch eine Autökologische Analyse der rezenten Vergleichsarten der bestimmten Taxa wurde eine Vegetationsrekonstruktion vorgenommen. Dabei wurden sieben verschiedene Vegetationseinheiten unterschieden, die sich über die Zeit in ihrem quantitativen Anteil am Palynomorphenbericht aber auch in ihrem “Artenspektrum“ änderten. Bei der Rekonstruktion der Seegeschichte selbst (bezüglich der Algen) konnten Botryococcus und die Dinoflagellaten als Antagonisten erkannt werden. In Zeiten mit wenig Nährstoffeintrag von außen kommt es zu einer Dominanz der Botryococcus-Algen. Ist der Eintrag erhöht, führt dies zu Dinoflagellatenblüten. Weiterhin wurde mit dem Statistikprogramm SPSS eine Hierarchische Clusteranalyse durchgeführt. Diese Clusteranalyse erfolgte zum einen über die bestimmten Taxa, um Taxa zu erkennen, die ein ähnliches Überlieferungsverhalten zeigen. Zum anderen erfolgte sie über die Proben, um zusammengehörende Probensequenzen zu ermitteln. Dabei konnten 5 Cluster über die Taxa und 6 Cluster über die Proben unterschieden werden. Die Ergebnisse der beiden Methoden zur Vegetationsrekonstruktion (Autökologische Analyse, Clusteranalyse) wurden dann in einem nächsten Schritt miteinander verglichen. Dabei stellte sich heraus, dass die Zuordnung der im Palynomorphenbericht am häufigsten vertretenen Arten zu Einheiten/Clustern bei beiden Analysemethoden zumeist übereinstimmen, die weniger häufigen Arten dagegen völlig gegensätzlichen Einheiten/Clustern zugeordnet wurden. Die Clusteranalyse liefert Ergebnisse bezüglich ähnlicher Reaktionen verschiedener Arten auf Änderungen des Klimas, des Milieus etc.. Die Autökologische Analyse hingegen ermöglicht es, die einzelnen Arten gleicher Ökologie zu erkennen und die tatsächlichen Vegetationszusammensetzungen zumindest annähernd zu beschreiben. Gleichzeitig diente die Artenzusammensetzung jeder Probe über den Koexistenz-Ansatz (MOSBRUGGER & UTESCHER 1997) mit Hilfe des Programms CLIMSTAT zur Klimarekonstruktion. Die Auswertung ergab eine Jahresdurchschnittstemperatur (MAT) der untersuchten Proben, die sich zwischen minimal 12,8°C und maximal 18,2°C bewegte und dabei im Durchschnitt bei etwa 14,3°C lag. Beim kältesten Monat (TCM) ergab die Analyse Werte zwischen minimal 2,1°C und maximal 11,4°C, im Durchschnitt lagen die Wintertemperaturen bei etwa 4,3°C. Der durchschnittliche Jahresniederschlag (MAP) zeigt Werte zwischen minimal 1045 mm/a und maximal 1410 mm/a, sein Durchschnittswert lag bei 1185 mm/a. Insgesamt ergab die Analyse, dass die Temperatur und der Niederschlag Zyklen unterworfen waren und dabei gegenläufige Tendenzen zeigen. In Phasen höherer Temperaturen gab es beim Niederschlag einen Rückgang, in Phasen mit niedrigeren Temperaturen zeigte der Niederschlag eine Zunahme. Die Einordnung in die rezente Klimagliederung nach KÖPPEN (1923) ergab ein Cfa-Klima für die gesamte Ablagerungsdauer. Die Auszählung und Auswertung der überlieferten Palynomorphen zeigte auffällige Zyklizitäten bei vielen Palynomorphen, bei den aus ihnen abgeleiteten Vegetationseinheiten sowie auch bei den Klimaparametern. Deshalb wurde noch das Kapitel Zeitreihenanalyse in die Arbeit aufgenommen. Hier wurden mit Hilfe des Statistikprogrammes PAST Spektralanalysen durchgeführt, welche die auffälligen Zyklizitäten bestätigten. Dabei konnten die Milankovitch-Zyklen der Obliquität und der Präzession an kontinentalen Sedimenten für das Prä-Quartär identifiziert werden. Die Ablagerungsdauer der Enspel-Sedimente wurde auf etwa 220.000 a eingegrenzt.

Anmerkung: Im Anhang (Dokumente 2 ff) finden sich noch weitere ergänzende Diagramme, Tabellen, Abbildungen und Tafeln.

The sediments of the Upper Oligocene oilshale deposit in Enspel / Westerwald were studied with palynological methods. To do that the lacustrine sediments (black pelites) extracted at the research drilling in 1996 were examined and prepared by standard palynolgical procedures. After counting 80 taxa of angiosperms, 20 taxa of gymnosperms and 41 taxa of pteridophytes were identified. Furthermore several species of algae were found in the samples, among them 2 species of dinoflagellates as well as many different forms of fossil fungal remains. A reconstruction of vegetation was carried out by an autecological analysis with the recent comparative species of the determined taxa. Through this seven different vegetation units were distinguished, which changed within their quantitative share of the palynomorphal report but also in their “spectrum of species” over the periods of time. At the reconstruction of the lake’s history (regarding the algae) Botryococcus and the dinoflagellates were recognised as antagonists. In times of poor input of nutrients from outside the Botryococcus-algae become dominant. Times of high input lead to blooming of dinoflagellates. Furthermore a hierarchical cluster analysis was conducted with the statistical program SPSS. At first a cluster analysis was carried out using the identified taxa to recognise taxa which were showing a similar way of behaviour throughout the whole analysed profile. 5 different clusters where found. Secondly a cluster analysis was carried out using the identified palynomorphal composition of each sample to recognise samples with similar composition throughout the whole profile. Hereby 6 clusters where distinguished. In a next step the results of both methods leading to the reconstruction of vegetation (autecological analysis, cluster analysis) were compared with each other. It became apparent that the assigning of the most frequently represented species listed in the palynomorphal report to units/clusters mostly matched in both analysis methods. On the other hand the less frequently represented species were assigned to totally different units/clusters. The cluster analysis provides results regarding similar reactions of different species on changes of the climate, environment etc. However, the autecological analysis makes it possible to recognise the single species of the same ecology and to describe the actual vegetation assembly at least approximately. Simultaneously the palynofloral composition of each sample applying the coexistence approach (MOSBRUGGER & UTESCHER, 1997) was used to reconstruct climate by using the program CLIMSTAT. The analysis of the examined samples showed a mean annual temperature (MAT) of minimum 12,8°C and maximum 18,2°C with an average of ca. 14,3°C. The temperature of the coldest month (TCM) showed an analysis result of minimum 2,1°C and maximum 11,4°C, the average winter temperatures were about 4,3°C. The mean annual precipitation (MAP) shows results between minimum 1045 mm/a and maximum 1410 mm/a, the mean value lays at 1185 mm/a. Altogether the analysis resulted that temperature and precipitation were subject to cycles and show opposite tendencies. During phases with higher temperatures a drop in precipitation occured, during phases with lower temperatures precipitation increased. The ranging into the recent climate classification after KÖPPEN (1923) revealed a Cfa climate for the whole deposition period. The counting and interpretation of the passed palynomorphs showed conspicuous cyclicity on many palynomorphs, on the units of vegetation derived by them as well as on the climate parameters. Therefore in addition the chapter time series analysis was included into this work. With the help of the statistical program PAST spectral analysis were carried out, which confirmed the conspicuous cyclicity. Through them it was possible to identify the Milankovitch-cycles of the obliquity and the precession on continental sediments for the prequaternary. The deposition period of the Enspel-sediments was limited to ca. 220.000 a.

Remark: Notes like additional diagrams, tables, figures and plates are listed and available in additional zipped documents.