Holozäne Küstenentwicklung Im Raum Darss-Zingst-Hiddensee Und Das Zusammenspiel Von Eustasie, Neotektonik Und Sedimentzufuhr
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Holozäne Küstenentwicklung im Raum Darss-Zingst-Hiddensee und das Zusammenspiel von Eustasie, Neotektonik und Sedimentzufuhr ______________________ I N A U G U R A L D I S S E R T A T I O N zur Erlangung des akademischen Grades eines doctor rerum naturalium (Dr. rer. nat.) an der Mathematisch-Naturwissenschaftlichen Fakultät der Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald vorgelegt von Michael Naumann geboren am 17. September 1980 in Neubrandenburg Greifswald, den 13. April 2012 Dekan: Prof. Dr. Klaus Fesser 1. Gutachter: Prof. Dr. Reinhard Lampe 2. Gutachter: Prof. Dr. Horst Sterr Tag der Promotion: 08. November 2012 Vorwort und Danksagung „Heute ist ein guter Tag zum Tauchen“ ein freundlicher telefonischer Ratschlag aus dem Institut Greifswald Dieser Ratschlag diente dem Zweck, das Bohrgestänge über dem Grund des Boddengewässers abzuschrauben, während die Kolben-Liner-Bohrsonde in dicht gelagerten, pleistozänen Decksanden fest steckte (07. Aug. 2007, Bohrung: Werder Inseln 14 – Offshore). Daraufhin konnte eine Rückkehr ans Festland mit dem Bohrponton „Boreas“ realisiert und am nachfolgenden Tag die Sonde mit zusätzlicher Unterstützung eines Hydraulikziehgerätes von 20 t Hubkraft geborgen werden. An dieses und an die vielen weiteren Erlebnisse während der Geländekampagnen erinnere ich mich gern zurück und möchte in erster Linie meinen Betreuern Prof. Dr. Reinhard Lampe vom Institut für Geographie und Geologie, Ernst-Moritz-Arndt-Universität Greifswald (EMAU), und Prof. Dr. Jan Harff von der Sektion Marine Geologie, Leibniz Institut für Ostseeforschung Warnemünde (IOW) danken, die eine Bearbeitung dieses Themas ermöglichten und mich stets mit konstruktiven Anregungen für die vorliegende Arbeit unterstützten. Ihnen, sowie den weiteren Mitantragsstellern und Projektmitarbeitern des SINCOS-II Projekts (2006–2009) sei für die gute und horizonterweiternde interdisziplinäre Zusammenarbeit ebenfalls gedankt. Bei der Deutschen Forschungsgesellschaft (DFG) bedanke ich mich für die Finanzierung des Projektes und meiner Arbeit. Für die technische Unterstützung während der Bohrarbeiten richtet sich mein Dank an eine Vielzahl von Personen, allen voran Johann Bastrop (stud. Hilfskraft, EMAU Greifswald), der mir bei den sowohl technisch-logistisch anspruchsvollsten als auch zeitaufwendigsten Bohrungen auf dem Windwatt, den angrenzenden Barriere-Inseln sowie in den Flachwasserzonen auch in schwierigen Situationen stets motiviert zur Seite stand. Jürgen Becker (EMAU Greifswald) sorgte für gut funktionierende Bohrtechnik und unterstützte vor allem als Schiffsführer der FS „Bornhöft“ die Erkundungen in den rückseitigen Boddengewässern und vorgelagerten Schorre- Bereichen des Zingsts. Die IOW-Mitarbeiter Andreas Frahm und Michael Pötzsch bedienten das Vibrationskern-Bohrgerät an Bord der FS „Prof. Albrecht Penck“ mit Hilfe der Crew unter der Schiffsführung von Uwe Scholz. Zusätzlich halfen Studenten des Instituts für Geographie und Geologie der Universität Greifswald während zweier physisch-geographischer Kartierpraktika im September 2007 auf Hiddensee sowie im Juni 2008 auf dem Darss und dem westlichen Teil des Zingsts das Bohrgitter zu verdichten. Für die Möglichkeit zur Durchführung von geophysikalischen Messungen im vorgelagerten Seegebiet der südlichen Ostsee bedanke ich mich bei den Kollegen der Sektion Marine Geologie am IOW. Die Oberflächenerkundung mittels Side-Scan-Sonar wurde von Dr. Franz Tauber ausgeführt, und Dr. Rudolf Endler sowie Gerald Nickel stellten ein Sediment-Echolotsystem zur Darstellung von Lagerungsstrukturen im oberflächennahen Untergrund bereit. Dr. Grit Büttner (EMAU Greifswald) danke ich für die zur Verfügung gestellte Georadartechnik und die zahlreichen Hinweise zur Optimierung des Postprocessings. Die Probenbearbeitung und Auswertung im Labor erhielt vielseitige und tatkräftige Unterstützung von Dr. Hinrich Meyer und Hannelore Rabe (EMAU Greifswald), für die ich mich herzlich bedanken möchte. Prof. Dr. Wolfgang Janke (EMAU Greifswald) verdanke ich Diatomeenanalysen an kalkfreien, schwierig einem genetischen Ablagerungsmilieu zuzuordnenden Sandablagerungen und anregende Diskussionsbeiträge, die in Teilgebieten wesentlich zur genaueren Definition der Teufenlage der marinen Basis geführt haben. Mithilfe institutsübergreifender Kooperationen konnte der zeitliche Entwicklungshorizont des Nehrungssystems durch die Arbeit von Prof. Dr. Frank Preusser (damals Institute of Geological Sciences, Universität Bern) und Tony Reimann (Leibniz Institut für Angewandte Geophysik in Hannover, Abk. LIAG) anhand zahlreicher optisch stimulierter Lumineszenz-Datierungen (OSL) genauer gefasst werden. In dem Zusammenhang konnte ich während eines zweiwöchigen Aufenthalts an der Universität Bern einen tiefgreifenden Einblick in die OSL-Labormethodik beim Aufbereiten eigener Proben gewinnen. Beiden sei herzlich für ihr umfassendes Engagement gedankt. Meinen Kollegen Anke Barthel, Dr. Gösta Hoffmann, Dr. Sebastian Lorenz, Mathias Küster, Dr. Ulrich Asprion und Dr. Carsten Schwarz sei für ein stets offenes Ohr und unzählige fachliche sowie persönliche Diskussionen besonders gedankt. Ein „retardierendes Moment“ trat mit dem Aufbruch nach Hannover und dem vorzeitigen Wechsel in das wirtschaftsnahe Großprojekt „Geopotenzial Deutsche Nordsee“ zu Beginn 2009 ein. Es zeigte allerdings mit etwas Distanz betrachtet neue Blickwinkel und die überregionale Wertigkeit von großflächig angelegten interdisziplinären Forschungsarbeiten wie SINCOS, erhöhte jedoch neben vollberuflicher Tätigkeit den Schwierigkeitsgrad der Fertigstellung. Der persönlichste Dank gilt meinen Eltern für ihre stete Unterstützung. In der letzten Zeit gilt dieser Dank in besonderem Maße meiner jungen Familie mit Ehefrau Kathrin sowie den Kindern Klaas und Maila, die mir familiär häufig „frei“ gaben und damit wesentlich zur Fertigstellung der vorliegenden Arbeit beitrugen. INHALTSVERZEICHNIS Vorwort und Danksagung Kapitel 1 - Ziele der Untersuchung Seite 1 Kapitel 2 - Grundlagen und theoretische Hintergründe Seite 3 2.1 Geographisch-geologischer Überblick Seite 3 2.2 Neotektonische- und glazialisostatische Tendenzen im Untersuchungsraum Seite 6 2.3 Verlauf der Meeresspiegelentwicklung Seite 11 2.4 Modelle der Nehrungsentwicklung und frühere Arbeiten zur Küstenentwicklung im Gebiet Seite 14 Kapitel 3 - Methoden Seite 22 3.1 Kartierung Seite 22 3.1.1 Bohrungen und Profilaufnahme Seite 24 Rammkernsondierungen mit halboffenen Sonden Kolben-Liner-Kernbohrungen Vibrationskerngerät Klassifizierung der Sedimente und Beprobung 3.1.2 Geophysikalische Messungen Seite 29 Side-Scan-Sonar Sedimentecholot Georadar 3.1.3 Lage und Höhenbezüge Seite 34 3.2 Laborarbeiten Seite 34 3.2.1 Korngrößenverteilung Seite 36 Trockensiebung Laseroptische Partikelanalysen 3.2.2 Glühverlust Seite 37 3.2.3 Wassergehalt Seite 37 3.2.4 Paläomilieuanalysen Seite 37 Analysen der Makro- und Meiofauna Diatomeenanalysen 3.2.5 Geschiebezählungen Seite 39 3.2.6 Geochronologische Methoden Seite 39 Radiokohlenstoff-Datierung Optisch stimulierte Lumineszenz 3.3 Auswertung, Modellierung, Visualisierung Seite 42 Kapitel 4 - Geologischer Aufbau des Arbeitsgebiets Seite 43 4.1 Lithostratigraphie und geologische Normalabfolge der Sedimentation Seite 43 4.2 Das südliche Festland Seite 52 4.3 Die rückseitigen Boddengewässer Seite 54 4.4 Nehrungen und Inseln Seite 55 4.4.1 Der Darss Seite 55 4.4.2 Der Zingst Seite 59 4.4.3 Das Windwatt und Barriere-Inseln Seite 62 4.4.4 Die Insel Hiddensee Seite 68 4.5 Das angrenzende Seegebiet der südlichen Ostsee Seite 72 Kapitel 5 - Modellierung der Transgressionsbasisfläche (marine Basis) Seite 81 5.1 Datenbasis Seite 81 5.2 Modellierung Seite 82 Kapitel 6 - Volumenkalkulation der marinen Sedimentakkumulation Seite 88 6.1 Räumliche Verteilung des Gesamtvolumens Seite 88 6.2 Volumenverteilung der Faziestypen anhand von Beispielregionen Seite 91 Kapitel 7 - Geochronologische Einordnung der Sedimentablagerungen Seite 93 7.1 Radiokohlenstoff-Datierung (AMS) Seite 93 7.2 Optisch stimulierte Lumineszenz (OSL) Seite 96 Kapitel 8 - Genesemodell für den Raum Darss-Zingst-Hiddensee Seite 107 Kapitel 9 - Synthese und Ausblick Seite 114 Zusammenfassung Seite 121 Summary Seite 124 Literaturverzeichnis Seite 127 Abbildungsverzeichnis Seite 141 Tabellenverzeichnis Seite 144 Anhang A – Sedimentaufschlüsse B – Geophysikalische Messungen C – Laborergebnisse D – Datenbasis der Modellierung E – Eidesstattliche Erklärung Kapitel 1 - Ziele der Untersuchung Kapitel 1 - Ziele der Untersuchung Die geologische Entwicklung der Küstenzone ist aus demographischer Sicht von übergeordneter Bedeutung. Im weltweiten Vergleich liegen etwa 65 % der Großstädte (>2,5 Mio. Einwohnern) in Küstengebieten (Oumeraci 2001). Nach aktuellen Schätzungen leben etwa 200 Mio. Küstenbewohner unterhalb von 5 m NHN mit steigender Tendenz auf etwa 400-500 Mio. gegen Ende des 21. Jahrhunderts (MARIBUS, Hrsg. 2010). Klimastudien des Intergovernmental Panel on Climate Change (IPCC) prognostizieren je nach zugrunde gelegtem Emissionsszenario einen globalen Meeresspiegelanstieg von 0,18 m bis 0,59 m bis zum Jahr 2100 (IPCC 2007). Schirmer et al. (in Lozán et al., Hrsg. 2011) diskutieren Forschungsergebnisse einer großen Anzahl von Autoren, die einen wesentlich beschleunigteren Anstieg vorhersagen. So sind nach Aussagen von Grinsted et al. (2009) die Angaben des IPCC (2007) etwa dreifach unterschätzt. Aus diesen Zukunftsszenarien lässt sich die Sicherheitsproblematik des Siedlungsraumes Küste erkennen. In Deutschland sind laut internationalem Vulnerabiltätsvergleich