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Schwerpunktprogramm (SPP) 1006: Bereich Infrastruktur - Internationales Kontinentales Bohrprogramm, Teilprojekt: Adaptation Früher Hominini im Südlichen Teil des Ostafrikanischen Grabens

Nach über 150 Jahren umfangreicher Forschung zur Evolution früher Hominini und ihrer Umweltanpassungen sind immer noch grundlegende Fragen der Stammesgeschichte unserer Vorfahren offen. So sind die Ernährungsweisen früher (größer als 2.0 Ma) Homo sp. und Paranthropus boisei und deren Entwicklung sowie ihre Adaption an ökologische und klimatische Bedingungen noch nicht geklärt. Dies ist auf die extrem seltenen älter als 2 Ma datierten Fossilfunde von Homo und P. boisei zurückzuführen. Des Weiteren ist wenig über die Paläoökologie von Hominini-Fundstellen im Süden des Ostafrikanischen Grabens (EAR), nahe des Überganges von großen Grass- zu Baumsavannen bekannt. In Ostafrika beschränken sich Rekonstruktionen der Ernährungsweisen von Homo und Paranthropus boisei auf Fossilien aus dem östlichen Ast des EAR. Isotopendaten deuten im Turkana Becken vor ca. 2 Ma auf zwei Gruppen mit deutlichen Unterschieden in ihrer Nahrungsaufnahme: P. boisei ernährte sich vorwiegend von C4-Biomasse, während Homo vermehrt C3-Ressourcen konsumierte. Die Paläoökologie dieser Region war durch gleichbleibend heiße Temperaturen mit einer Entwicklung zunehmend offener C4-Grasslandschaften, der heutigen Somali-Masai Savanne, geprägt. Im Gegensatz zu den gut untersuchten Bereichen in Kenia, werden im Rahmen dieses Projekts zwei Hominini-Fundstellen im wenig untersuchten südlichen Teil des EAR analysiert: (1) die Plio-Pleistozänen Chiwondo/Chitimwe Sedimente (Karonga Becken, N Malawi), welche Fossilien von H. rudolfensis und P. boisei (ca. 2.4 Ma) führen, und damit die einzige Hominini-Lokalität in der heutigen bewaldeten Sambesischen Savanne sind, und (2) die Pleistozänen mit H. erectus (ca. 0.7 Ma) assoziierten Manyara Ablagerungen (Manyara Becken, N Tansania) knapp nördlich des Übergangs zur heutigen C4-dominierten Somali-Masai Grasssavanne,.Das Projekt profitiert von exzellenten, auf Geochemie spezialisierten Einrichtungen, um die Adaption früher Hominini zu untersuchen: innovative Methoden der Clumped Isotope Geochemie und U-Pb-Datierung werden ebenso angewandt wie etablierte d13C, d18O und dD Isotopenmessungen. Besonders hervorzuheben sind auch die zur Verfügung stehenden Proxys: die Senckenberg-Sammlungen, die auch einen der ältesten Funde der Gattung Homo bereitstellen, ICDP Bohrkerne vom Lake Malawi, und im Verlauf des Projektes neu gewonnene Proben. Das Projekt beinhaltet drei Arbeitspakete: I) Ernährung von H. rudolfensis und P. boisei, II) Plio-Pleistozäne Paläotemperaturen des südostafrikanischen Savannen-Ökosystems und III) Plio-Pleistozäne Paläovegetation der Manyara Sedimente. Die Ergebnisse ermöglichen einen umfassenden und innovativen Vergleich von Paläotemperaturen, Ökosystem-Strukturen und früher Hominini-Ernährung über eine Baum- und Grasslandsavannengrenze in Südostafrika hinweg. Der notwenige geochronologische Rahmen wird durch U-Pb-Datierungen geschaffen; dies werden die ersten absoluten Alter für die bisher nur grob datierten Karonga Becken Sedimente sein

Reaktionen des terrestrischen Systems auf nordatlantische Klimaschwankungen im letzten glazialen Zyklus: Hochauflösende Löss-Paläoboden-Sequenzen aus Remagen-Schwalbenberg (Mittelrheintal, Deutschland) (TerraClime)

Klimaschwankungen des Quartärs sind anhand von Tiefsee- und Eisbohrkernen sehr detailliert erforscht und bekannt. Reaktionen des terrestrischen Systems auf diese Klimaänderungen sind bis heute hingegen nur vage definiert. Diese besser zu verstehen ist jedoch von entscheidender Bedeutung, da der Mensch auf der Erdoberfläche lebt, und die Steuerungsfaktoren sowie Rückkopplungen zwischen Erdoberfläche und Atmosphäre sich anders als in Tiefseesedimenten oder Eisbohrkernen niederschlagen. Hauptziel des TERRACLIME-Projekts ist es, die Reaktionen des terrestrischen Systems auf Klimaänderungen der Nordhemisphäre während des letztglazialen Zyklus (LGZ) anhand neuer Löss-Paläoboden-Sequenzen (LPS) aus Remagen-Schwalbenberg (Mittelrheintal, Deutschland) zu rekonstruieren. Der im Zuge der Projektvorarbeiten gewonnene Pilotkern REM 3A beinhaltet die mächtigste und womöglich vollständigste für den LGZ in West- und Mitteleuropa bekannte Sequenz, die eine umfassende Rekonstruktion der Landschaftsgeschichte und Paläoumweltbedingungen ermöglicht. Der neue Kern ist länger und vollständiger als Aufschlüsse und Profile früherer Studien. Letzteren fehlen zudem hochauflösende Paläoklimarekonstruktionen mittels neuer Methoden sowie ein hochauflösender chronologischer Rahmen. Die systematische geophysikalische Prospektion des gesamten Schwalbenbergs bildet die Basis zur Detektion bestmöglicher Bohrpunkte an Stellen maximaler Lössmächtigkeit, um neben einem weiteren, hoch auflösenden Kern gezielte Testsondierungen durchzuführen. Durch diesen Catena-Ansatz wird es möglich sein, die Reaktionen von Löss auf Klimaänderungen zu erfassen sowie archiv-intrinsische Variabilitäten zur Differenzierung zwischen lokal, regional und überregional gesteuerten Prozessen zu nutzen. Neben etablierten Methoden (Sedimentologie, Mineralogie, Umweltmagnetismus) wird sich das Projekt auch neuartiger, innovativer Ansätze bedienen (anorganische und stabile Isotopen-Geochemie, Biomarker-Analysen). Dadurch werden neue Erkenntnisse zu paläoklimatischen Bedingungen, Sedimentationsprozessen, post-sedimentären Veränderungen sowie zur Vegetationsgeschichte generiert. Geochemische Daten werden außerdem herangezogen, um mögliche Änderungen der Sedimentherkunft zu erfassen. Hochauflösende Lumineszenz-Datierungen zur Erstellung eines unabhängigen und verlässlichen Altersmodells spielen im Rahmen des Projektes eine entscheidende Rolle. Ein Altersmodell, das auf der Kopplung von OSL an Quarzen mit pIR-IRSL an polymineralischen Präparaten basiert, fehlt bislang für den Schwalbenberg. Im Vergleich mit anderen lokalen, regionalen und überregionalen Paläoklimaarchiven wird es damit möglich sein, Reaktionen des terrestrischen Systems auf atmosphärische Klimaänderungen im Nordatlantik innerhalb des LGZ zu entschlüsseln. Die Erfassung synchron und asynchron verlaufender Veränderungen wird unser Verständnis von der Verknüpfung mariner, eisbasierter und terrestrischer Klimaarchive deutlich verbessern.

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Neue Proxies für Vulkanismus in marinen Sedimenten zur Untersuchung der Beziehung zwischen Flutbasaltvulkanismus, Klimaänderung und Massenaussterben ('MagmaTrace')

Vier der größten Massenaussterben im Phanerozoikum (Ende Guadalupian, Perm-Trias, Ende Trias und Ende Kreide) sowie mehrere kleinere Aussterbeereignisse treten gleichzeitig mit kontinentalem Flutbasaltvulkanismus auf. Daher wird angenommen, dass der massive Vulkanismus globale Umweltänderungen mit schneller und signifikanter Erderwärmung und mariner Anoxia verursacht, wodurch die Massenaussterben ausgelöst werden. Allerdings bleibt die Zusammensetzung der klimaändernden Gase (CO2, SO2, CH4 oder Halogene) sowie deren Quelle (Magmenentgasung, Kontaktmetamorphose von Sedimenten, recykeltes Krustenmaterial im Mantel) umstritten. Die Ursachen der Umweltänderungen können besser bestimmt werden, wenn die Zeitpunkte und die Dauer der vulkanischen Eruptionen und der klimatischen und biologischen Ereignisse relativ zueinander bekannt sind. Allerdings treten diese Prozesse in Zeitspannen von weniger als 10^6 Jahren und vermutlich sogar weniger als 10^4 bis 10^5 Jahren auf (vergleichbar mit der aktuellen anthropogenen Treibhausgasemission), d.h. außerhalb der zeitlichen Auflösung von radiometrischen Datierungsmethoden. Daher wollen wir neue Spurenelementproxies für massive vulkanische Eruptionen in Sedimenten entwickeln, mit denen wir die relative Dauer der Ereignisse des Vulkanismus, der Klimaänderung und der Aussterbeprozesse in sedimentären Abfolgen bestimmen können. Volatile Spurenelemente wie Hg, Tl, In, Pb, Bi, Cd, Te, Se, Sn, Cs, Sb und As werden bei vulkanischen Eruptionen in großen Mengen freigesetzt und wurden in vulkanischen Gasen und Sublimaten an aktiven Vulkanen gemessen. Während massiver Eruptionen können sehr große Mengen dieser Elemente in die Atmosphäre gelangen und weit verbreitet in Sedimenten abgelagert werden. Die relative Konzentration von Hg wurde bereits als Proxy für vulkanische Eruptionen in Sedimenten genutzt, wobei allerdings Hg auch in organischem Material in Sedimenten angereichert wird. Das Verhalten der meisten volatilen Elemente wurde bisher nur unzureichend untersucht und daher wollen wir die Konzentrationen aller volatiler Elemente in Sedimentabfolgen der Grenzen des Changhsingian-Induan (Perm-Trias) und Pliensbach-Toarc bestimmen, um die zeitliche Entwicklung des Klimas und der Organismen mit den Eruptionen der Sibirischen und Karoo Flutbasalte zu vergleichen. Die Sedimentabfolgen lassen möglicherweise eine zeitliche Auflösung von weniger als 10^4 Jahren zu. Mit diesen Ergebnissen können wir die Zeitskalen der Effekte von Flutbasalteruptionen auf die Entwicklung des Klimas und des Lebens auf der Erde sowie die Quellen und Zusammensetzung der klimarelevanten Gase bestimmen.

Forschergruppe (FOR) 2332: Temperature-related stresses as a unifying principle in ancient extinctions (TERSANE), Teilprojekt: Die Relevanz von pH-Werten im Meerwasser und der Ozeanversauerung für das Massensterben im Unteren Jura und an der Perm-Trias-Grenze

Extreme Änderungen im System der Erde zeigen sich durch das Zusammentreffen von Massensterben mit tiefgreifenden Störungen im globalen Kohlenstoffzyklus. Solche Ereignisse werden häufig durch drastische Veränderungen im Klima oder in der Chemie der Meere verursacht, d.h. durch eine schnelle Erderwärmung, die Ausbreitung anoxischer Bedingungen auf die Schelfmeere und die Versauerung der Ozeane. Diese Prozesse haben eine katastrophale Auswirkung auf die Ökosysteme aller trophischen Ebenen und bilden wichtige Rückkopplungsmechanismen für die Funktionsweise des globalen Kohlenstoffkreislaufes ab. Um die Rolle der Ozeanversauerung für das Massensterben zu dokumentieren, sollen hochauflösende Bor-Isotopenprofile von umfassend charakterisierten marinen Karbonatgesteinen erstellt werden, welche exemplarisch die Biogeochemie zum Zeitpunkt bedeutender Ereignisse dokumentieren. Gegenstand der angestrebten Untersuchungen sind das größte Massensterben im Phanerozoikum, das Permisch-Triassische Ereignis und das Massensterben 2. Ordnung zum Zeitpunkt des bedeutenden ozeanisch anoxischen Ereignisses im Mesozoikum, im Unteren Jura (Pliensbachium/Toarcium). Dieses ermöglicht uns den pH-Wert des Meerwassers zu Beginn und während eines Massensterbens zu rekonstruieren, dessen Ursache vermutlich auch Ozeanversauerung war. Parallel dazu werden diese Proben von unseren Kollegen hinsichtlich ergänzender Proxydaten und biologischer Auswirkungen untersucht, um biogeochemische Schlüsselinformationen zu generieren, die es uns ermöglichen Hypothesen zu testen, die Massensterben mit drastischen Änderungen im pH-Wert des Meerwassers und einer Versauerung der Ozeane verbinden.

Rezente Geofaktoren und Genese der obermontanen tropischen 'Patana'-Savannen im zentralen Hochland von Sri Lanka

Das Projekt beschäftigt sich mit den tropischen Grasländern im Hochland von Sri Lanka oberhalb 1400 m NN, den sogenannten Feuchtpatanas, deren Entstehung bis heute unbekannt und umstritten ist. Zur Klärung der Genese sollen die rezent wirkenden Geofaktoren (vor allem Klima, Boden, Vegetation und Landnutzung) quantifiziert und zu den vormals herrschenden Umweltbedingungen in Beziehung gesetzt werden. Dazu werden Böden und Sedimente paläoökologisch - unter Einsatz von Pollenanalysen und Radiokarbondatierungen - bearbeitet. Außerdem wird Archivmaterial zur historischen Landnutzung (u.a. Berichte britischer Gouverneure im ehemaligen Ceylon) ausgewertet. Untersuchungsschwerpunkt sind die Horton Plains im Südosten des zentralen Hochlands. Diese werden von zwei weiteren Gebieten ergänzt, so daß eine ausreichende horizontale und vertikale Diversifizierung gewährleistet ist. Mit diesem Vorgehen soll eine breite Datenbasis für die Synthese über die mutmaßlich polygenetische Entstehung der Feuchtpatanas sichergestellt werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Regionale Schwankungen des Meeresspiegels in den Randmeeren Südost-Asiens: Mechanismen und Projektionen möglicher Trends im 21.Jahrhundert

Durch hochauflösende Ozeanmodellsimulationen sollen verbesserte Einblicke in die Mechanismen von multi-dekadischen Meeresspiegelschwankungen in den Schelfmeeren Südostasiens und des Indonesischen Archipels gewonnen werden und verfeinerte Projektionen möglicher Trends infolge der Klimaänderungen im 21. Jahrhundert erstellt werden.

Schwerpunktprogramm (SPP) 1889: Regional Sea Level Change and Society (SeaLevel), Ursachen regionaler Meeresspiegelvariationen auf dekadischen und längeren Zeitskalen (DECVAR)

Die Studie zielt ab auf die Untersuchung von momentanen und vergangenen Meeresspiegeländerungen auf regionaler Skala. Hierbei sollen Ursachen und Mechanismen identifiziert werden, die diese Variationen erklären können; dabei werden freie Klima-Moden ebenso berücksichtigt wie externe Antriebe, einschließlich anthropogene Einflüsse. Dadurch werden Methoden und Wissen entwickelt, mit denen in regionale Meeresspiegelbeobachtungen jeweils natürliche Variationen und anthropogenen Effekten identifiziert werden können. Erzielte Erkenntnisse werden verwendet werden, um Ursachen und Mechanismen von Meeresspiegelvariationen um die zweiten Untersuchungsgebiete des SPP herum (dem westlichen tropischen Pazifik und Indonesischem Archipel ebenso wie der Nordsee) zu analysieren.

REVEALS reconstruction of past vegetation cover with optimized RPP values for European samples

This data set presents the reconstructed vegetation cover for 1451 European sites based on harmonized pollen data from the data set LegacyPollen 2.0 and optimized RPP values. Sugita's REVEALS model (2007) was applied to all pollen records using REVEALSinR from the DISQOVER package (Theuerkauf et al. 2016). Pollen counts were translated into vegetation cover by taking into account taxon-specific pollen productivity and fall speed. Additionally, relevant source areas of pollen were also calculated using the aforementioned taxon-specific parameters and a gaussian plume model for deposition and dispersal and forest cover was reconstructed. In this optimized reconstruction, relative pollen productivity estimates for the ten most common taxa were first optimized by using reconstructed tree cover from modern pollen samples and LANDSAT remotely sensed tree cover (Sexton et al. 2013) for Europe. Values for non-optimized taxa for relative pollen productivity and fall speed were taken from the synthesis from Wiezcorek and Herzschuh (2020). The average values from all Northern Hemisphere values were used where taxon-specific continental values were not available. We present tables with optimized reconstructed vegetation cover for all records in Europe. As further details we list a table with the taxon-specific parameters used and a list of parameters adjusted in the default version of REVEALSinR.

REVEALS reconstruction of past vegetation cover with optimized RPP values for Asian samples

This data set presents the reconstructed vegetation cover for 706 Asian sites based on harmonized pollen data from the data set LegacyPollen 2.0 and optimized RPP values. Sugita's REVEALS model (2007) was applied to all pollen records using REVEALSinR from the DISQOVER package (Theuerkauf et al. 2016). Pollen counts were translated into vegetation cover by taking into account taxon-specific pollen productivity and fall speed. Additionally, relevant source areas of pollen were also calculated using the aforementioned taxon-specific parameters and a gaussian plume model for deposition and dispersal and forest cover was reconstructed. In this optimized reconstruction, relative pollen productivity estimates for the ten most common taxa were first optimized by using reconstructed tree cover from modern pollen samples and LANDSAT remotely sensed tree cover (Sexton et al. 2013) for Asia. Values for non-optimized taxa for relative pollen productivity and fall speed were taken from the synthesis from Wiezcorek and Herzschuh (2020). The average values from all Northern Hemisphere values were used where taxon-specific continental values were not available. We present tables with optimized reconstructed vegetation cover for records in Asia. As further details we list a table with the taxon-specific parameters used and a list of parameters adjusted in the default version of REVEALSinR.

Vegetationskundliche und palaeooekologische Untersuchungen an der Hornisgrinde (Nordschwarzwald)

Die Moore im Bereich der Hornisgrinde (Nordschwarzwald) werden kartiert und oekoogisch relevante Parameter des Moorwassers werden gemessen. Anhand von Bohrkernen aus den Mooren werden durch Pollen, Grossreste und Geochemie die Entwicklung der Moore und ihrer Umgebung sowie die Einfluesse durch die Besiedelung der Region untersucht.

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