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Das Klima-Archiv des Rodderbergs

Wie haben sich die klimatischen Bedingungen in Mitteleuropa und speziell im Rheinland in den vergangenen rund 300.000 Jahren verändert? Bohrungen aus dem Vulkankrater des Rodderbergs geben Aufschluss.

Der Rodderberg-Vulkan bei Bonn offenbart sich als reichhaltiges Klimaarchiv: Zehn Jahre nach der Bohrung im Krater des Vulkans führen 14 internationale Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler ihre Bohrkernanalysen zusammen und schaffen damit eine wertvolle Datensammlung für die Klimaforschung. Besonders spannend: Der Rodderberg enthält übereinander mehrere Warm- und Kaltzeiten im selben Profil. Dies ermöglicht detaillierte Einblicke in die Klimageschichte. Damit ist der Rodderberg in Deutschland einzigartig, denn vergleichbare natürliche Archive enthalten meist nur Abschnitte einer einzelnen Klimaphase. Bis 2023 ist die Analyse des gesamten Datenschatzes geplant und soll Auskunft über die Klimaentwicklung der vergangenen 320.000 Jahre geben.

Im Krater des Rodderbergs haben sich seit dem Ausbruch vor 320.000 Jahren atmosphärischer Staub, Seesedimente, Hangabtrag und vulkanische Aschen aus der Eifel gesammelt. Nach unterschiedlichen geophysikalischen und geologischen Voruntersuchungen wurden vor zehn Jahren an drei Stellen innerhalb des Kraters Bohrungen durchgeführt. Das tiefste Bohrloch endete 164 Meter unter der Geländeoberfläche und bestand bis 72 Meter Tiefe aus unterschiedlichen Sedimenten, darunter aus vulkanischer Asche, Schlacke und aus massivem Basalt. Bereits während der Bohrungen wurden die drei Bohrlöcher mithilfe von Kameras und Messinstrumenten untersucht. Die Bohrproben der Sedimente wurden seitdem mit finanzieller Unterstützung der Deutschen Forschungsgemeinschaft (DFG) von Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftlern aus acht Forschungseinrichtungen – darunter auch das Institut für Geographie der Universität Bremen – Schicht für Schicht untersucht und offenbaren ein einzigartiges geowissenschaftliches Archiv.

„In einem Onlineworkshop haben wir nun alle aktuell vorliegenden Analysen der letzten Jahre zusammengetragen und damit einen wahren Schatz gehoben“, so Professor Bernd Zolitschka. „Einige Bilder und Grafiken möchten wir auch jenseits von Forschungspublikationen der Öffentlichkeit zeigen. Sie verdeutlichen, wie wir über Jahrtausende hinweg die Klima- und Umweltgeschichte der Region ablesen und verstehen können. Unsere interdisziplinären Untersuchungen erlauben unter anderem Rückschlüsse auf den Sedimenteintrag in den Krater des Rodderbergs, der letztlich von Böden, Vegetation und vom Hydroklima gesteuert wird. Ein besonderer Schwerpunkt unserer Untersuchungen wird auf das älteste Interglazial gelegt, dies ist eine Warmzeit innerhalb des letzten Eiszeitalters. Vermutlich handelt es sich dabei um die sogenannte Hollstein-Warmzeit. Speziell für dieses Interglazial führen wir eine ganze Reihe an hochauflösenden Untersuchungen durch, denn diese Warmzeit hatte circa 2 Grad Celsius wärmere Temperaturen als die Warmzeit in der wir jetzt leben, das Holozän. Vergleiche mit der Erde in 50 Jahren sind daher realisierbar“. Die folgenden Bildergalerien zeigen, wie die Bohrkerne aussehen und analysiert werden, und welche Mineralien, Tier- und Pflanzenreste darin bisher gefunden wurden.

Bild 1/6 Gewinnung eines Bohrkerns am letzten Bohrtag (18.1.2012).
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 2/6 Mit einer Spezialsäge werden die Bohrkerne der Länge nach halbiert.
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 3/6 Beprobung z. B. für Pollenanalysen und geochemische Untersuchungen ist geduldige Handarbeit.
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 4/6 Im Rotlicht werden die Sedimente für die Altersbestimmung vorbereitet.
Helles Licht würde die Messungen verfälschen.
© Peter-Paul Weiler für Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 5/6 Zehn-Zentimeter-Ausschnitt eines Bohrkerns aus ca. 71 Metern Tiefe zeigt Millimeter-Schichtung in den Seesedimenten. Was hat sich da auf dem Seeboden angesammelt? Sind es Jahresschichten? Sommer hell, Winter dunkel? Wieviel Zeit steckt in diesen zehn Zentimetern?
© Ines Hogrefe, Universität Bremen
Bild 6/6 Nur drei Meter über Bild 5. Dieser Zehn-Zentimeter-Ausschnitt eines Bohrkerns aus ca. 68 Metern Tiefe zeigt ebenfalls feine Schichtung, jedoch haben dunkle Lagen jetzt größere Anteile. Was hat sich im See verändert?
© Ines Hogrefe, Universität Bremen

Die Bohrkerne werden in einem Plastikrohr geborgen, das beim Bohren hydraulisch in den Untergrund gedrückt wird. Sie sind jeweils drei Meter lang und zehn Zentimeter im Durchmesser. Bevor die Forscherinnen und Forscher den Kern zerlegen, werden zerstörungsfreie Messungen durchgeführt. Kontinuierlich gemessen wird so zum Beispiel die Magnetisierbarkeit der Mineralien. Im nächsten Schritt werden die Kerne zersägt, die unterschiedlichen Elementgehalte im Sediment kontinuierlich gescannt und die einzelnen Schichten untersucht. Diese geben zum Beispiel Aufschluss darüber, was aus dem Einzugsgebiet in die Sedimentfalle des Rodderbergs eingetragen worden ist, wie die Vegetation der Umgebung ausgesehen hat und welche Organismen im Krater selbst gelebt haben. Durch Kombination all dieser Befunde lassen sich dann Rückschlüsse auf das Klima und den Wandel der Umweltbedingungen herleiten.

Bild 1/7 Unter der Lupe zeigt das Sediment seine Vielfalt: Hier sieht man in einer Probe aus 43 Metern Tiefe zwischen den Sedimentkörnern das kräftig blaue Mineral Vivianit (ein Eisenphosphat) und in brauner Farbe die oft nierenförmigen Schalen von kleinen Muschelkrebsen (Ostracoden).
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 2/7 Ebenfalls unter der Lupe sind braune Torf- und schwarze Holzreste aus ca. 34 Metern Tiefe erkennbar.
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 3/7 Neben der Nadelspitze einer Stecknadel wurde das Gehäuse einer Turmschnecke aus ca. 42 Metern Tiefe platziert, leider ist die Turmspitze abgebrochen. Diese Art hat sich im Kratersee zeitweise so stark vermehrt, dass eine dünne Schicht nur aus den Turmschneckengehäusen entstanden ist.
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 4/7 Die „Rodderberg-Maus“, zumindest einer ihrer typisch gebogenen Nagezähne, wurde in ca. 41 Metern Tiefe gefunden. Als Größenvergleich dient im Bild oben rechts die Stecknadelspitze.
© Franz Binot, Leibniz-Institut für Angewandte Geophysik
Bild 5/7 Mikroskopische Aufnahme eines Pollenkorns vom Zürgelbaum (lat.: Celtis) mit etwa 1000-facher Vergrößerung aus den Ablagerungen der ältesten Warmzeit im Rodderberg-Krater. Heute finden sich solche Bäume im Mittelmeergebiet, wo sie gerne in Parks und in Städten entlang von Straßen angepflanzt werden. Die Pollenkörner haben 3-5 Poren mit einem verdickten Porenrand und sind durchschnittlich 25-30 Mikrometer im Durchmesser.
© Prof. Dr. Felix Bittmann, Niedersächsisches Institut für historische Küstenforschung, Wilhelmshaven
Bild 6/7 Ebenfalls mit starker mikroskopischer Vergrößerung ist diese Aufnahme einer Kieselalge der Art Navicula radiosa gelungen, die aus See-Sedimenten der jüngsten Warmzeit im Rodderberg-Krater isoliert wurde. Kieselalgen, auch Diatomeen genannt, sind einzellige Algen mit einer reich-skulpturierten Außenschale aus Kieselsäure.
© Dr. Lujan Garcia, Universität Bremen
Bild 7/7 Mikroskopische Aufnahmen mit starker Vergrößerung: Abgebildet sind Kieselalgen der Gattungen Fragilaria (oben links), Diploneis (Bildmitte), und Cyclotella (unten rechts) aus der ältesten Warmzeit des Rodderberg Sedimentprofils. Kieselalgen treten in den Sedimenten massenhaft auf. Anhand der unterschiedlichen Schalenmuster lassen sich die verschiedenen Arten auch im fossilen Zustand unterscheiden und bestimmen. Kieselalgen sind aufgrund der unterschiedlichen ökologischen Ansprüche der einzelnen Arten geeignet, um sich verändernde Umweltbedingungen im Kratersee, wie z. B. der Wasserqualität, zu rekonstruieren.
© Dr. Ricarda Voigt, Luckenwalde

Unter dem Mikroskop werden noch mehr Details erfasst. Es lassen sich pflanzliche und tierische Überreste finden. So ließ sich beispielsweise eine ganze Schicht aus Turmschneckengehäusen im Kratersee finden, was bedeutet, dass diese Art zum damaligen Zeitpunkt stark vertreten war. Auch einige Kieselalgen und Spuren von Kleinsäugern (Rodderberg-Maus) werden unter dem Mikroskop sichtbar.

Erste Forschungsergebnisse werden Ende 2022 erwartet. Das Projekt kann über Research Gate verfolgt werden.

Über Bernd Zolitschka

Bernd Zolitschka ist seit über 20 Jahren Professor für Physische Geographie an der Universität Bremen. Er analysiert Sedimentkerne aus Seen mit hochauflösenden Untersuchungsmethoden und rekonstruiert die Entwicklung des Klimas sowie Wechselwirkungen zwischen Mensch, Umwelt und Klima.

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Copyright Titelbild: Wolkenkratzer CC BY-SA 3.0

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