Eine neue Zeitmessung für Gesteine

Michael Wagreich vom Department für Geodynamik und Sedimentologie und Johann Hohenegger vom Institut für Paläontologie der Universität Wien haben an Gesteinsschichten des Wiener Beckens eine Untersuchungsmethode erweitert, vergangene Ereignisse der Erdgeschichte mithilfe von astronomischen Zyklen zu datieren. Die Ergebnisse sind kürzlich im „International Journal of Earth Sciences“ publiziert worden.

Seit dem 19. Jahrhundert sind im Wiener Becken Gesteinsabfolgen des Neogens (Jungtertiär) untersucht worden, das vor rund 23 Millionen Jahren begann und vor etwa 2,6 Millionen Jahren endete. Häufig besuchte Fundstellen in der Gegend haben dazu geführt, dass eine regionale Stufe der Erdzeitaltergliederung als Badenium bezeichnet wird; deren typische Gesteinsabfolge in der heute verfüllten Ziegelei Baden/Sooß zugänglich war. Die genaue Datierung ist allerdings ein großes Problem, da kaum direkte Alterbestimmungsmethoden anwendbar sind – wie durch radioaktiven Zerfall datierbare vulkanische Kristalle.

Änderungen der Erdbahnparameter herangezogen

Wissenschafter der Universität Wien haben eine neue Methode zur Datierung dieser mehr als 13 Millionen Jahre alten Sedimentschichten angewandt. Erdbahnparameter wie Exzentrizität (Variation der Ellipsenform der Erdumlaufbahn um die Sonne), Schiefe (Änderung des Neigungswinkels der Erdachse) und Präzession (Kreiselbewegung der Erdrotationsachse) ändern sich periodisch im Laufe von mehreren 10.000 bis 100.000 Jahren. „Diese Änderungen der Erdbahnparameter wirken sich durch Änderungen der Sonneneinstrahlung direkt und langfristig auf das Klima der Erde aus und haben nicht nur die jüngsten Eiszeiten gesteuert, sondern beeinflussten generell das Klima der Vergangenheit“, sagt Michael Wagreich vom Department für Geodynamik und Sedimentologie der Universität Wien.

Sedimentarchive genau datiert
Mithilfe der hochauflösenden Messung klimasensitiver Gesteinsparameter wie Karbonatgehalt, organischer Kohlenstoffgehalt oder magnetischer Gesteinseigenschaften können in möglichst kompletten Sedimentabfolgen diese Klimazyklen rekonstruiert werden. „Im Vergleich mit der rückgerechneten theoretischen Erdeinstrahlungskurve auf der Basis der periodischen Schwankungen der Erdbahnparameter können Sedimentarchive der Erdgeschichte damit mit einer Genauigkeit datiert werden, die vorher nicht möglich war“, erklärt Wagreich.
„Kritisch ist dabei eine möglichst genaue statistische Korrelation der Messergebnisse mit der Intensität der Sonneneinstrahlung“, stellt Johann Hohenegger vom Institut für Paläontologie der Universität Wien und Erstautor der Studie fest. „Wir haben neue Regressions- und Korrelationsmethoden angewandt, mit denen Übereinstimmungen der Kurven herausgefiltert und deren statistische Signifikanz überprüft wurden“.

Proben aus späterer Mülldeponie

Um möglichst komplette und unverwitterte Proben des Zeitabschnittes des Badeniums zu erhalten, wurde im Rahmen eines FWF-Projektes eine 102 Meter tiefe Bohrung nahe der Ziegelgrube von Sooß bei Baden unternommen. Weiters zogen die Forscher vorhandene Gesteinsproben heran, die vom Gestein vor der Auffüllung der früheren Ziegelgrube als Mülldeponie in den 1990er-Jahren genommen wurden. „Ohne diese vor Jahren genommenen und archivierten Proben hätten wir nie eine derartige Genauigkeit der Zeiteinstufung für das Badenium erhalten“, sagt Michael Wagreich.

700.000 Jahre Unterschied

Das kombinierte Ergebnis dieser Datierungen von Bohrkernmaterial und alten Feldproben ändert die regionale Zeiteinteilung erheblich: War man früher von einem Alter der fraglichen Sedimentschichten von etwa 15 bis 14,5 Millionen Jahren ausgegangen, lässt sich die untersuchte Schichtabfolge jetzt auf 14,221 bis 13,964 Millionen Jahre eingrenzen, ein Unterschied von nahezu 700.000 Jahren. „Diese Ergebnisse haben nicht nur Auswirkungen auf weite Bereiche des Wiener Beckens bis hin zur Einstufung von Erdölreservoirs, sondern haben auch weitreichende Konsequenzen für mögliche internationale Korrelation zu fast altersgleichen Salzgesteinen in Polen und der damit neu zu überdenkenden Zeiteinteilung des Badeniums insgesamt“, so die Schlussfolgerung von Michael Wagreich.
Publikation
Time calibration of sedimentary sections based on insolation cycles using combined cross-correlation: dating the gone Badenian stratotype (Middle Miocene, Paratethys, Vienna Basin, Austria) as an example (Johann Hohenegger und Michael Wagreich).
Abstract: http://www.springerlink.com/content/x1t8241707k67312/

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