Problemstellung

1941 publizierte der serbische Astronom Milutin Milankovic seine Arbeit über den Zusammenhang der Eiszeiten mit der Variation der Erdbahnparameter. Milankovic war nicht der erste, der die Menge der eingestrahlten Sonnenenergie (Insolation) in Beziehung zum Klima setzte (vgl. z.B. Gilbert, 1894; Agassiz, 1838; Bradley, 1929), jedoch der erste, der das Thema mathematisch erschöpfend behandelte und damit die Grundlage für das Verständnis langfristiger Schwankungen des Erdklimas schuf. Obwohl Milankovic zeigen konnte, daß die Eiszeiten mit Perioden verminderter Insolation zusammenfallen, blieb seine Arbeit lange Zeit umstritten. Ihre Akzeptanz wurde neben fehlenden geologischen Belegen vor allem dadurch behindert, daß er nicht erklären konnte, warum die relativ kleinen Änderungen der Insolation so große Änderungen im Klimasystem hervorgerufen haben (Berger, 1988).

Mit der systematischen Anwendung physikalisch/chemischer Untersuchungsmethoden in den Erdwissenschaften erfuhr die Milankovic-Theorie eine Wiederbelebung, die vor allem mit dem Namen Berger (1977) verbunden ist. Mit den jetzt zur Verfügung stehenden Methoden und geologischen Belegen (z.B. Ruddiman et al., 1986) konnte die Milankovic-Theorie immer genauer ausgearbeitet werden (Berger & Loutre, 1989,1991; Berger, 1992; Berger et al., 1989; Berger, 1976). Man begann nicht nur zu verstehen, wie es zu den großen Vereisungen des Pleistozäns kam (Berger et al., 1992), sondern entdeckte auch zunehmend neue geologische Beispiele von Milankovic-Zyklen (de Boer & Wonders, 1984; Imbrie et al., 1984; Tiedemann et al., 1994; Nobes et al., 1991).

Fast gleichzeitig mit dem erneuten Aufleben der Milankovic-Theorie erkannte man aufgrund der Daten aus dem Tiefsee-Bohrprogramm (Deep Sea Drilling Program, abgekürzt DSDP), daß die kretazischen Schwarzschiefer-Phasen von großer wirtschaftlicher Bedeutung (Irving et al., 1974) und weltweit in den unterschiedlichsten marinen Ablagerungsbereichen zu beobachten sind. Man fand Schwarzschiefer in allen großen Ozeanbecken, auf ozeanischen Plateaus, auf den Schelfen und in epikontinentalen Becken (s. z.B. Berger & von Rad, 1972; Jackson & Schlanger, 1976; Lancelot et al., 1972).

Schlanger & Jenkyns (1976) vermutete, daß diese Ablagerungen durch eine ozeanweite stark ausgedehnte Sauerstoffminimum-Zone (ozeanic anoxic event oder OAE) beziehungsweise einen stagnierenden Ozean (de Graciansky et al., 1984) verursacht werden. Diese Interpretaion ist in den folgenden Jahren oft bezweifelt worden. Die Kritik richtet sich dabei vor allem gegen die Sichtweise daß es sich hierbei um ein ozeanweit gleichzeitig auftretendes Phänomen handelt (s. z.B. Funnel, 1987) sowie gegen die Vermutung, daß die Schwarzschiefer durch anoxische Wassermassen verursacht werden (s. z.B. Pedersen & Calvert, 1990).

Viele dieser Schwarzschiefer sind typischerweise zwischen 10 und 50 cm mächtig und wechsellagern mit normalen marinen Sedimenten. Zur Erklärung des rhythmischen Auftretens wurden verschiedene Modelle entwickelt. So kamen z.B. Arthur & Premoli Silva (1982) zu dem Schluß, daß die rhythmischen Schwarzschieferlagen in Tethys-Sedimenten durch periodischen Auftrieb (upwelling) von nährstoffreichen Tiefenwässern verursacht werden. Weissert et al. (1978) folgerten aus der Verteilung von Kohlenstoff-Isotopen, daß die Wassersäule periodisch von einem geschichteten in einen ungeschichteten und durchlüfteten Zustand wechselte. Andere Autoren vermuteten als Ursache der Schwarzschieferlagen zyklisch auftretende Turbidite (Dean & Gardner, 1982; Dean et al., 1978; Jansa et al., 1979) beziehungsweise den Eintrag großer Mengen organischen Detritus durch ausgedehnte Delta-Systeme (Habib, 1982).

Die hemipelagischen Tonsteine des Flysch-Gault der Rhenodanubischen Flysch-Zone zeigen charakteristische Schwarz/Grün-Farbwechsel, ähnlich denen, die in Bohrkernen aus dem DSDP angetroffen wurden (vgl. Lancelot & Seibold, 1978; Dean et al., 1978). Diese farbigen Tonsteinwechselfolgen weisen typischerweise ein rhythmisches Muster auf, das sich jedoch von den in pelagischen Kalksequenzen angetroffen Milankovic-Mustern, wie z.B. der Gruppierung der Präzessions-bedingten Kalkbank-Mergelbank-Paare durch Überlagerung der Exzentrizität, deutlich unterscheidet (s. Abb.1.1 sowie Imbrie et al., 1984; Weedon, 1989).

Abbildung 1.1: Typischer Aufschluß in den ,,Scisti a Fucoidi`` im markeischen Apennin. Die Gruppierung der Präzessions-bedingten Kalkbank-Mergelbank-Paare (20.000 Jahre = 20 ka) durch die Überlagerung mit der niederfrequenten Exzentrizität (100 ka) ist deutlich zu erkennen. Der Maßstab in der rechten Bildhälfte ist 1.5 m lang (Lokalität: Villa Nova, 5 km ENE des Monte San Vicino, 1 km südlich der Ortschaft Frontale).

In den späten 80er Jahren wurde versucht, die Milankovic-Perioden für prä-quartäre Verhältnisse abzuschätzen (Berger & Loutre, 1989; Berger et al., 1989; Berger, 1989). Kurz darauf gelang es Fischer et al. (1991) mit geochemischen Methoden in den ,,Scisti a Fucoidi`` (Apt/Alb, s. Abb.1.1) Milankovic-gesteuerte Produktivitätszyklen nachzuweisen, nachdem deren Milankovic-Charakter zuvor von de Boer (1982a) sowie de Boer & Wonders (1984) wahrscheinlich gemacht worden war.

Obwohl keine einfache Beziehung zwischen der Erhaltung organischer Substanz ( C_org) im Sediment und der Paläoproduktivität des Ozeans besteht (Berger, 1991), konnte nun vermutet werden, daß es sich bei den gleichalten rhythmischen Schwarzschiefer-Einschaltungen des Flysch-Gault der Rhenodanubischen Flysch-Zone ebenfalls um Milankovic-gesteuerte Produktivitäts-Zyklen handelt.