Forschung

Die Untersuchung von biosedimetären Systemen in flachmarinen Lebens- und Ablagerungsräumen nimmt einen wesentlichen Anteil der Forschungsvorhaben ein. Insbesondere ihre Stellung im Schnittpunkt Geosphäre-Biosphäre steht dabei im Vordergrund der Untersuchungen. In mehreren Teilprojekten werden dabei alle Prozesse erfasst die einen Informationstransfer in den ‚geological record‘ erwarten lassen. Daher bilden die Taphonomie und die Biofaziesanalyse die Schwerpunkte der Forschungsarbeit. Die Biofaziesanalyse befasst sich insbesondere mit der Typisierung und Zonierung von Faziesbereichen nach speziellen Kriterien wie Sedimente, Taphocoenosen , Bioturbation oder Lebensspuren.
Die rezenten Gemeinschaften werden zudem hinsichtlich der räumlichen Konfigurationen von Benthossiedlungen sowie deren Bioturbation, typisierbare Bauten und Prinzipien der Bauweisen analysiert. Daraus erfolgt eine Quantifizierung von Bioturbation und „bio-engineering“ der unterschiedlichen Benthosgemeinschaften in verschiedenen Meeresgebieten. Sie bildet den Ansatz für Untersuchungen zur der Rolle der Bioturbation endobenthischer Makroafauna in benthischen Prozessen und gibt weiterführende Informationen sowohl über eine reine Quantifizierung der Makrofauna hinaus wie auch über die räumliche Konfiguration und biotischer Wechselbeziehungen in einem definierten Sedimentkörper.

Ein weiteres Teilprojekt setzt sich mit der Genese sekundärer Hartsubstrate auseinander. Es beinhaltet die Erfassung von Besiedlungsstrategien, Musterbildung und Dynamik sessiler Benthosorganismen im Intertidal. Neben der Variabilität und Vielfalt kleinräumiger Substratbesiedlung und deren Teilaspekten wie Sukzessionen, Bioerosion, Raumkonkurrenzen oder saisonale Dynamik werden vorrangig Prozesse in großflächigen Benthossiedlungen mittels Langzeitbeobachtungen und Biofazieskartierungen aufgezeigt. Neben dem eigentlichen Prozess der Substratgenese sollen hier insbesondere die vertikalen Zeitskalen und die Stabilität/Kontinuität struktureller Großeinheiten (z.B. Muschelbänke, Gezeitenpools, Schill-Strandwälle) untersucht werden. Auch die Bioinvasion von Neobiotas soll unter geo-biologischen Gesichtspunkten untersucht werden. Interessant hierbei ist zum einen die Frage der Isochronie von Marker-Horizonten sowie der zeitlichen Veränderung von etablierten Biokonstruktionen (Bänke, Riffe) durch die neu eingewanderten Arten.

Im Bereich der Taphonomie konzentrieren sich die Arbeiten auf die Genese von Hochkantschillen und auf pflanzentaphonomische Rezentuntersuchunungen konzentrieren. Hochkantschille sind extrem seltene Gefüge. Die wenigen bekannten Vorkommen gehen über eine reine Beschreibung dieses Stapelungs-Phänomens nicht hinaus. Anhand des bislang größten Vorkommens (2001 im Weser-Elbe Watt entdeckt) sollen, unter Einbeziehung experimenteller Untersuchungen in einem großen Wellenkanal, die wesentlichen Prozesse die zur Bildung der Hochkantschille führen geklärt werden.

Zum besseren Verständnis von Pflanzenakkumulationen im rheinischen Devon werden rezent-taphonomische Untersuchungen an ausgewählten heutigen Küsten und möglicherweise sogar im vergleichenden Experiment unerlässlich sein. Nur so lassen sich die Prozesse richtig verstehen, die zu einem engen Nebeneinander von marinen Fossilien und terrestrischen Pflanzenresten geführt haben. Dies ist insbesondere in Anbetracht der immer noch kontroversen Diskussionen über den „Landgang der Pflanzen“ und die wirklichen Habitate der frühen Landpflanzen von Interesse. Ab September 2008 startet zu dieser Thematik ein aus Drittmitteln gefördertes Projekt ‚Prozesse und Dynamik holozäner Verlandungszonen im Gebiet des Jadebusens‘.

Austern gab es an der deutschen Nordseeküste schon immer, nur wurde die einst heimische Europäische Auster (Ostrea edulis) durch permanente Überfischung im Zusammenspiel mit kalten Wintern und Parasitenbefall seit dem 18. Jahrhundert in der Deutschen Bucht ausgerottet.

Die letzten Europäischen Austern verschwanden um 1940. Als Ersatz für die kommerziell genutzte Europäische Auster gab es seit 1913 mehrere Versuche exotische Austernarten im Niedersächsischen Wattenmeer zu kultivieren. Diese Versuche waren alle nicht erfolgreich, da meist durch zu kalte Winter die Versuchsbestände eingingen. Durch die niedrigen Wassertemperaturen, die an der deutschen Küste vorherrschen, war die Meinung verbreitet, dass Muschelarten wie die Pazifische Auster (Crassostrea gigas), die aus wärmeren Gewässern stammt, sich in der Nordsee nicht selbständig vermehren können. Daher wurde auch in den ersten Versuchen und den später erfolgreichen Aquakulturen keine Gefahr für die südliche Nordseeküste gesehen. Der erste Erfolg in der Austernkultivierung gelang mit der Einführung der Pazifischen Auster 1965 in die Oosterschelde (Holland). In Deutschland gibt es mit dieser Art eine Austernzucht seit 1986 auf der Insel Sylt.

Die ersten Brutfälle wurden dann nach warmen Sommern in der Osterschelde 1975 und auf Sylt 1991 festgestellt. Seitdem gab es noch weitere starke Brutfälle in beiden Gebieten. Durch diese Brutfälle entstanden die ersten Wildpopulationen auf festem Untergrund, wie zum Beispiel Felsen und Hafenanlagen. In den Wattgebieten der Nordsee sind es vorwiegend Miesmuschelbänke, die das geeignete Siedlungsgebiet für die Auster darstellen. Auf den harten Untergründen zementiert sich die Auster mit ihrer linken Schale fest, nachdem sie maximal 30 Tage als Larve (Veliger-Larve) im freien Wasser verbracht hat. Während dieser Zeit, die die Auster als frei schwimmende Larve im Wasser verbringt, kann sie sich passiv durch Wasserströmungen und Wellenbewegung verbreiten. Durch den an der holländischen und deutschen Nordseeküste von West nach Ost verlaufenden küstenparallelen Reststrom gelangten die Pazifischen Austern von der Oosterschelde in die holländischen Wattgebiete. 1983 wurden die ersten Exemplare bei der westfriesischen Insel Texel gefunden. In der Nähe der Insel Terschelling wurde die Pazifische Auster 1989 erstmals gefunden. Seitdem erfolgt eine stetige Ausbreitung der Population in Richtung Osten.

Erste Funde an der deutsch-holländischen Grenze, dem Ems-Gebiet, gab es 1998 in Eemshaven. Im selben Jahr gab es auch die ersten Einzelfunde der Pazifischen Auster im Wattgebiet bei Baltrum. In den darauffolgenden Jahren wurden immer mehr Austern auf den Wattflächen und Hafenanlagen des ostfriesischen Wattenmeeres gefunden.

HOCHKANTSCHILL

Ein Beispiel aus dem makrotidalen Bereich des Wattenmeeres der Nordsee

Einleitung 

Schalenanhäufungen die durch mäßige Energiebedingungen entstehen werden  durch Imbrikationslagerung oder Pflasterlagerung charakterisiert, nach Sturmereignissen hingegen lagern die Klappen bevorzugt mit ihrer konvexen Seite nach unten. Bei allen diesen, bereits gut beschriebenen,  Lagerungszuständen liegt die lange Achse der Klappen stets horizontal. Im Gegensatz dazu sind vertikal angeordnete Schalen (sog. Hochkantschille) und andere flach ausgebildete Körper, in der Vergangenheit kaum beschrieben worden (Abb. 1 & 2).

Ziel des Projektes

In diesem Projekt untersuchen wir nach derzeitigem Wissensstand das weltweit größte Vorkommen von vertikal angeordneten Muschelschalenakkumulationen  des Deutschen Wattenmeeres (Abb. 3).

Diese Studie umfasst nicht nur das gegenwärtige, experimentelle Arbeiten in einem Wellenkanal, sondern auch das Erforschen von fossilen Beispielen, wie beispielsweise vertikal angeordnete „sand dollars“ (Echinoidea=Seeigel) aus dem Miozän in Ägypten.

3

Ziel der Arbeit ist es ein Zustandsmodell zu entwickeln aus dem sich die wesentlichen Randparameter ablesen lassen, die zur Bildung solcher Vorkommen führen.
Als Endergebnis soll ein „Geo-Tool“ zur Verfügung stehen, dass eine detaillierte Rekonstruktion des Energieniveaus einer Küstenregion erlaubt.

Methoden

Erste Auswertungen von Luftbildserien werden mit Hilfe eines Standard GIS- Programms durchgeführt, womit wir erstmals Verbreitung sowie zeitliche Veränderung der HKS- Vorkommen im Arbeitsgebiet dokumentieren konnten (Abb. 3 & 17). Detailuntersuchungen von internen Strukturen innerhalb der HKS-Vorkommen werden an 35 cm langen Sedimentkernen durchgeführt (Abb. 4).

Für experimentelle Studien steht ein ca. 19 m langer Wellenkanal zur Verfügung, der es erlaubt mit verschiedenen Wellenparametern, unterschiedliche Prozesse zu beobachten (Abb. 5 & 6).

Ergebnisse

Für die Genese von Hochkantschill sind mehrer Prozesse entscheidend:

– ein Freilegen der Mya arenaria -Schlickhorizonte durch Erosion bei sehr starkem Seegang (Abb. 7,8 & 19)
– Konzentration des Schalenmaterials (Komplette und Fragmente)

Während die anfänglichen Prozesse der Entstehung von HKS durch Einzelereignisse verursacht werden (z.B. Sturmereignisse), ist dagegen die Konzentration sowie die anschließende vertikale Einreglung des Schalenmaterials ein langwieriger Prozess der unter normalen Wetterbedingungen entsteht. Anhand von Geländeuntersuchungen als auch durch Experimente im Wellenkanal (Abb. 5 & 6) können bislang fünf verschiedene Lagerungszustände von einander unterscheiden werden. Dabei treten die unterschiedlichen Zustände zeitgleich auf und können zudem ineinander übergehen.

Hochkanschill (HKS):

Besteht aus dicht gepackten sowie ineinander geschachtelten Einzelklappen der Muschel Mya arenaria die mit ihrer langen Achse mehr oder weniger vertikal steht (Abb. 1, 2, 6 & 9). Die Lagerungsbasis wird aus horizontal und konkav lagernden Klappen gebildet. Unter guten Wetterbedingungen mit relativ normalen Seegang stapeln sich immer mehr Klappen ineinander, so dass aufgrund ihrer schüsselförmigen Form, diese sich gegenseitig abstützten und sich schließlich in eine fächerartige, vertikale Position bringen (Abb. 14 & 16). Die Klappen stehen aufrecht und weichen mit ihrer Längsachse ca. 90° aus der horizontalen Lage ab.

Pflasterlagerung:

Einzelklappen liegen mit ihrer konvexen Seite nach oben zeigend auf der Sedimentoberfläche nebeneinander ohne sich gegenseitig zu berühren (Abb. 11).

Imbrikationslagerung:

Die Klappen lagern mit dem Wirbel nach oben zeigend dachziegelartig übereinander und bilden ein fischschuppenartiges Muster (Abb. 12).

Vertikal gepackte Chips:

Diese Schichten können einige cm Mächtig sein und bestehen aus starren, überwiegend konzentrisch angeordneten Schalenbruchstücken (Hauptsächlich Fragmente von Mya und Macoma Schalen). Die Verbreitung dieser Chips beschränkt sich nur auf die Oberfläche der HKS -Bänke. Der Durchmesser der Fragmente beträgt nicht mehr als 2 cm (Abb. 13).

Konzentrisch, Rosettenartige Muster von HKS:

HKS- Flächen sowie Chips- Areale können rosettenartig und konzentrisch angeordnet sein. Dabei lagern sich die Komponenten anfänglich um einzelne Schalenbündel herum (Abb. 13, 14 & 16).

Luftbildanalysen

Um einen Eindruck über die zeitliche Veränderung sowie der Verbreitung der HKS- Vorkommen zu erhalten werden Luftbildserien aus unterschiedlichen Jahren untersucht.

Von 1996 bis ins Jahr 2004 hat sich die räumliche Ausdehnung der HKS- Vorkommen um das 5 -fache erhöht (Abb. 17). Kurzfristiger Transport sowie Ablagerung des Schalenmaterials haben innerhalb nur eines Sommers einen ca. 4 Jahre alten Durchbruch, innerhalb der HKS- Bank, komplett „repariert“ (Abb. 10).

 

Projekt Bearbeiter: Christian Federolf

Küstennahe Meeresregionen, einschließlich Gezeitenwatten, Estuare und Felslittoral, zeichnen sich häufig durch punktuelle oder auf schmale Zonen begrenzte Vorkommen biologischer Strukturen aus. Die am Aufbau solcher Strukturen (z.B. Muschelbänke, ‘Riffe’, Algen- und Seegrasbestände) beteiligten Organismengemeinschaften führen ihrer unmittelbaren, wie auch weiteren Umgebung teils in erheblichem Umfang bioklastisches Material zu. Häufig liefern solche distalen Sedimentabfolgen die einzigen Nachweise auf Strukturen, die selbst nur ein geringes Erhaltungspotential haben oder aufgrund ihrer Positionierung stark erosiv wirkenden Prozessen unterliegen. Demnach findet mit der lateralen Ausbildung charakteristischer Biofazies eine wichtige räumliche Verbreitung punktueller Produktion und ökologischer Information statt. Dieser sedimentologisch-taphonomische Prozess soll an unterschiedlichen Beispielen erforscht werden.

Im Teilprojekt ‚Doggerbank‘ sollen die biologischen und geologischen Strukturen und Wechselwirkungen auf der Doggerbank im Fluss der Zeit untersucht werden. Hierzu sollen die rezenten Makro- und Epifaunagemeinschaften im Zeitraum von 10 Jahren für Vergleich mit letzten Dekaden bis 1950 in Verbindung mit rezenten hydroklimatischen Veränderungen in der Nordsee erfasst werden. Die rezenten Muster der Faunengemeinschaften werden untersucht, beschrieben und mit den subfossilen Mustern verglichen. Anhand der strukturellen Muster soll auf die funktionelle Diversität der Gemeinschaften in den unterschiedlichen geologischen Zeiten impliziert werden. Außerdem werden die sedimentologischen Prozesse untersucht, die zur Veränderung der aktuellen Muster und zu einer möglichen Überprägung der Musterabfolgen führen. Projektziel ist die Beschreibung der Geologie und Fauna zu unterschiedlichen Phasen der Entwicklung der Doggerbank. Es wird angestrebt, die Beziehung der unteren Skalenstufe der Wahrnehmung (Momentaufnahme) zu den oberen (räumliche und zeitliche Muster) zu untersuchen.

Die Abhängigkeit der Momentaufnahme von den zur Zeit der Probenahme herrschenden Bedingungen ist evident, ihre Beziehung zum zeitlich integrierten Muster unklar. Unsere Ausgangshypothese ist, daß über einen längeren Zeitraum wahrnehmbare Muster den durchschnittlichen und langzeitigen Bedingungen vor Ort entsprechen und sich daher für die Beschreibung von gerichteten Veränderungen besser eignen als kurzfristige physikalisch/chemische Messungen der Umweltbedingungen.

Projektkoordinator:

A. Wehrmann, I. Kröncke (Teilprojekt ‚Doggerbank‘)

Projektkoordinatoren: P. Königshof, A. Wehrmann

In diesem Projekt sollen weltweit devonische Riffkomplexe und damit verbundene riffogene Sedimente untersucht werden. Schwerpunkte der Untersuchungen beziehen sich u.a. auf die Entstehung und die Struktur von Riffen als auch auf die am Riff beteiligten Organismen, deren Interaktionen sowie die ein Riffwachstum beeinflussenden Faktoren (z.B. Prozesse wie Klima und Tektonik etc.).

Ausgewählte Beispiele aus Gebieten mit sehr gut erhaltenen Riffkomplexen sollen die Grundlage für überregionale Vergleiche liefern. Insbesondere sind devonische Riffe aus West-Sahara anhand der außergewöhnlichen Erhaltung für diese Untersuchungen vorgesehen.

 

HOLOSTRATIGRAPHIE IM RHEINISCHEN DEVON

Projektkoordinatoren: E. Schindler, U. Jansen

Die Analyse vorwiegend siliziklastischer Ablagerungen im Devon soll weiterhin den Schwerpunkt dieses Forschungsprojektes unter Berücksichtigung neuer Forschungsansätze (z. B. Palyno-Stratigraphie) darstellen. In diesem Forschungsschwerpunkt werden Profile im Rheinischen Devon untersucht, um die komplizierten und noch wenig verstandenen stratigraphisch-faziellen Beziehungen besonders der siliziklastischen Abfolgen zu klären, die einen großen Anteil der Schichtfolgen verkörpern. Eine wesentliche Fragestellung besteht darin, terrestrische und marine Ablagerungen sowie ihre Übergänge zu erkennen, darzustellen und miteinander zu korrelieren. Bezüglich der Genese dieser Sedimentgesteine sind Vergleichsstudien in rezenten Sedimentationsräumen, vor allem in Küstenregionen, essentiell. Dies bedingt eine enge Kooperation mit der Aktuopaläontologie. In den fossilen Ablagerungen werden Methoden der Biostratigraphie, Fazieskunde, Taxonomie/Systematik und Sedimentologie angewendet. Weitere Forschungsansätze in Bereichen wie Sequenz-Stratigraphie, Tephro-Stratigraphie, Altersdatierung und Geochemie/Geophysik sollen z.T. unter Einbeziehung externer Kooperationen integriert werden. Die Rekonstruktion der Paläogeographie auf der Grundlage der o.g. Untersuchungsmethoden ist ein weiteres Ziel.

• Genese devonischer Riffstrukturen
• Holostratigraphie im Rheinischen Devon
• IGCP 499 „Devonian land-sea interaction: Evolution of ecosystems and climate (DEVEC)“
• DEVEC-TR   „Comparison of Laurasia-Gondwana coastal sequences“

Das Forschungsprojekt befasst sich mit allen Aspekten der Genese Nichttropischer Karbonate im flachmarinen küstennahen Bereich (in Abgrenzung zu den unzähligen internationalen Projekten die sich mit den Tiefwasser-Riffen der Kontinentalränder beschäftigen). Neben einer detaillierten Faziesanalyse der bioklastischen Karbonate und ihrer räumlichen Verbreitung steht das Verständnis der jeweiligen Ökosysteme als potentielle ‚carbonate factory‘ im Mittelpunkt der Untersuchungen. Hierbei geht es insbesondere um die systeminternen Prozesse, Wechselwirkungen und Interaktionen die direkt oder indirekt eine Rolle bei der Karbonatproduktion spielen. Darüber hinaus gilt es aufzuzeigen welche Stellung die jeweiligen ‚carbonate factories‘ innerhalb der regionalen Stoffkreisläufe einnehmen und welche großskaligen Steuerungsprozesse von außen auf das System einwirken.

Ziel der Untersuchungen ist u.a. die Ermittlung von Produktionsraten und eine Abschätzung des Überlieferungspotentials der ‚carbonate factories‘ und/oder ihrer Sedimente. Auch lassen die Entwicklungen in diesem Forschungsfeld die Entdeckung weiterer, bislang unbekannter Produktionssysteme in allen Meeresbereichen erwarten.

Kooperationspartner:

G. Försterra u. V. Häussermann (Universität München)

J. Nebelsick (Universität Tübingen)