Forschungsprojekte in der Paläontologie:
Paläoökologie und Paläoklima im Tertiär des Mainzer Beckens
Ein Beitrag von Bettina Reichenbacher, München & Gaby Försterling, Wiesbaden
Das Mainzer Becken und das benachbarte Hanauer Becken entstanden im Zusammenhang mit der Entstehung des Oberrheingrabens und sind eng mit dessen geodynamischer Entwicklung verknüpft. Die eozänen bis pliozänen Sedimente erreichen Mächtigkeiten bis etwa 500 m im Inneren der Becken. Die Sedimente werden in das oligozäne, größtenteils marine „Mergeltertiär“ und das oberoligozäne bis untermiozäne, überwiegend brackische „Kalktertiär“ unterteilt.
Abb: Geographische Lage von Mainzer und Hanauer Becken
Vor allem das Kalktertiär ist im Mainzer Becken durch große Steinbrüche sehr gut aufgeschlossen und bietet nach wie vor paläontologische Besonderheiten und Forschungsanreize; trotz der schon seit vielen Jahren bestehenden Forschungsaktivitäten (z.B. im Rahmen des von Prof. Rothausen initiierten, DFG-geförderten „Aquitan-Projektes“). Die Erhaltung vieler Fossilien, vor allem der Gastropoden und Bivalvia, ist vielfach ganz hervorragend. Wertvolle Raritäten sind zum Beispiel fossile Libellenlarven, Fische in Weichteilerhaltung mit Otolithen in situ sowie Reste von Vögeln und Säugetieren.
Abb. Schnecken und Muscheln aus den Cerithien-Schichten
Abb. Fische in Weichteilerhaltung aus den Unteren Hydrobien-Schichten (aus: JATTKE, C. 1998)
In mehreren Steinbrüchen (Mainz-Weisenau, Wiesbaden-Biebrich, Göllheim, Rüssingen) wurden in den letzten Jahren hochauflösende paläoökologische und biostratigraphische Untersuchungen durchgeführt, beteiligt waren Diplomanden der Universitäten Karlsruhe, Mainz und München, Mitarbeiter des Hessischen Landesamtes für Denkmalpflege, des Rheinland-Pfälzischen Geologischen Landesamtes, Kollegen der Universitäten Mainz, München und Paris sowie die Autorinnen. Die Arbeiten wurden von der Deutschen Forschungsgemeinschaft und vom Hessischen Landesamt für Denkmalpflege finanziell unterstützt. Sie sind außerdem eingebunden in das ESF-geförderte EUCOR-URGENT-Projekt http://comp1.geol.unibas.ch/index.php. Im folgenden wird ein Ausschnitt unserer Untersuchungen aus dem Steinbruch Mainz-Weisenau exemplarisch vorgestellt:
Im Steinbruch Mainz-Weisenau wurden die Mittleren und Oberen Cerithien-Schichten (spätes Oligozän – frühes Unter-Miozän) an mehreren Profilen mit den Schwerpunkten Fisch-Otolithen und Mollusken taxonomisch bearbeitet und paläoökologisch sowie paläogeographisch ausgewertet. Aus den horizontiert entnommenen Sedimentproben lagen rund 1100 Otolithen vor, welche die Rekonstruktion einer brackischen Fischfauna ermöglichten. Außerdem wurden an 56 Otolithen-Proben die Verhältnisse der stabilen Isotope des Sauerstoffs (18O/16O) und des Kohlenstoffs (13C/12C) gemessen.
Abb. Verteilung der Fischarten und Isotopenwerte im Profil des Steinbruchs Weisenau
An den Faunen und anhand der Isotopen ließen sich für das späte Ober-Oligozän (= Mittlere und tiefere Obere Cerithien-Schichten) mehrfach wechselnde Salinitäten und zeitweise hypersalines Milieu nachweisen. Die Ursachen waren periodische Zuflüsse aus dem Oberrheingraben-Gewässer und zeitweise Abschnürung der Mainzer Becken-Lagune vom Oberrheingraben, wobei es aufgrund des warm-trockenen Klimas (Verdunstungseffekte) zu den hypersalinen Verhältnissen kam.
Zu Beginn des Miozän (höhere Obere Cerithien-Schichten) sind aufgrund neu eingewanderter Fischarten und der d18O-Werte der Otolithen eine Verbindung zu einem vollmarinen Raum (Nordsee) sehr wahrscheinlich. Gleichzeitig wurde das Klima feuchter, so dass die Verdunstungseffekte nachließen und das Mainzer Becken-Gewässer nicht mehr hypersalin war, sondern zunächst brackisch wurde und später aussüßte.
Ein ähnlicher Klimawechsel an der Oligozän – Miozän-Wende ist auch aus dem nordalpinen Molassebecken beschrieben worden (BERGER 1990, PICOT et al. in prep.). Während die Faunen im Profil Mainz-Weisenau am Ende des Oligozän eine aride Phase und zu Beginn des Miozän eine Zunahme der Humidität erkennen lassen, scheint es im Molassebecken am Ende des Oligozän außerdem zu einer Abkühlung gekommen zu sein.
Literatur:
BERGER, J.-P. (1990): Floral changes in the Molasse of Western Switzerland (Oligo-Miocene): paleoclimatic implications. - Proc. Symp. 1989 „Paleofloristic and paleoclimatic changes in the Cretaceous and Tertiary“: 189-194; Prag.
FÖRSTERLING, G. (1998): Biostratigraphische und lithostratigraphische Untersuchungen in den Cerithien-Schichten im Kalksteinbruch Mainz-Weisenau - speziell zur Abgrenzung des Unteren Teils der Oberen Cerithien-Schichten. - Dipl.-Arb., 1-136; Inst. für Geowiss., Univ. Mainz.
FÖRSTERLING, G. & REICHENBACHER, B. (2002): Lithofazies und Fischfaunen der Mittleren und Oberen Cerithien-Schichten (Ober-Oligozän – Unter-Miozän) im Mainzer Becken - paläoökologische und paläogeographische Implikationen. – Courier Forschungsinstitut Senckenberg, 237: 293-317, 6 Abb., 5 Tab., 1 Taf.; Frankfurt am Main.
JATTKE, C. (1998): Biostratigraphische, sedimentologische und paläoökologische Untersuchungen in den Oberen Inflata-Schichten und den Unteren Hydrobien-Schichten im Kalksteinbruch Mainz-Weisenau. – Dipl.-Arb. (Teil 2), 1-85, 26 Abb., 10 Taf., 2 Anl.; Geol. Institut der Univ. Karlsruhe.
REICHENBACHER, B. (2000): Das brackisch-lakustrine Oligozän und Unter-Miozän im Mainzer Becken und Hanauer Becken: Fischfaunen, Paläoökologie, Biostratigraphie, Paläogeographie. - Courier Forschungsinstitut Senckenberg, 222: 1-143, 43 Abb., 5 Tab., 15 Taf.; Frankfurt am Main.
REICHENBACHER, B. (2002) (Hrsg.): Festschrift zu Ehren von Prof. Dr. Erlend Martini. - Courier Forschungsinstitut Senckenberg, 237: 1-350, 125 Abb., 31 Tab., 32 Taf.; Frankfurt am Main (hierin mehrere Beiträge zum oben beschriebenen Thema).
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