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Frage, inwieweit die Dynamik längerfristiger ökologischer und klimatischer Prozesse im Lauf der
Erdgeschichte Änderungen erfahren hat, welche möglicherweise für die Zukunft zu berücksichtigen
sind.
Sedimentgeochemie und Molekulare Ökologie
Im Mittelpunkt der Arbeiten zur Sedimentgeochemie und molekularen Ökologie stehen „Geologische
Archive“, d. h. Informationen aus Sedimenten und dem in ihnen enthaltenen organischen Material
über Wechselbeziehungen aus der unbelebten und belebten Geosphäre. Regionale und globale
Ereignisse mit hohem Informationsgehalt, bei denen die Wechselwirkung geo- und biodynamischer
Ereignisse besonders deutlich wird, sind beispielsweise Zeiten hoher Bioproduktivität wie Algenblüten,
umfassende Änderungen in der Pflanzenwelt wie die „Landnahme der Pflanzen“, Aussterbeereignisse
oder abrupte Ökosystemwechsel. Die Schlussfolgerungen aus dem Blick in die Vergangenheit werden
korreliert mit rezenten Analogien zu verschiedenen Arten organischen Materials wie der Untersuchung
von Holzarten oder Blattwachsen und deren Abbauprodukten. Diese Prozesse werden in
Ökosystemen untersucht, in denen sowohl humide, aride als auch tropische Umweltbedingungen
vorherrschen. Mehrere Forschungsvorhaben sind mit dem Internationalen Geologischen Korrelations-
Programm (IGCP 499) “Devonian Land-Sea Interaction: Evolution of Ecosystems and Climate
(DEVEC)” assoziiert.
Im Fokus des Silur-Devon-Projektes steht die Bedeutung und die Ursache eines globalen
Bioproduktivitäts-Ereignisses. Neue Ergebnisse an Sedimenten aus der Ukraine, der Nord- und Süd-
Türkei, Polen, Marokko und den USA bestätigten einen weltweiten 2-5fachen
Bioproduktivitätszuwachs sowohl in küstennahen Bereichen als auch in küstenfernen Tiefseegebieten.
Diese Studie zur geo-/biodynamischen Evolution während des späten Silurs/frühen Devons basiert auf
einem integrierten sedimentologischen and organisch-geochemischen Ansatz, wobei insbesondere
die Untersuchung der stabilen Kohlenstoff-Isotope wichtige Erkenntnisse liefert.
Die Sedimentationsprozesse im äußeren Schelfbereich fanden unter niedrig energetischen
Bedingungen statt mit gelegentlichen stärkeren, durch Stürme ausgelösten Bodenströmungen. Relativ
hohe Sedimentationsraten verhinderten die Aufwühlung des Bodens durch benthische Organismen
und führten zu einer hervorragenden Erhaltung von Mikrofossilien von pflanzlichem und tierischem
Plankton. Das Auftreten zahlreicher Algenfragmente dokumentiert einen Zeitabschnitt erhöhter
Bioproduktivität. Im inneren Schelfbereich wurde der Meeresboden aufgrund eines sukzessiven
Meeresspiegelrückganges immer häufiger von Stürmen beeinträchtigt. Die teilweise turbulenten
Ablagerungsbedingungen verursachten einen Rückgang des Planktons, während gleichzeitig die
benthische und bakterielle Aktivität innerhalb der Bodenzone zunahm. Dieser Trend setzte sich
zumindest für das Benthos in der sturm- und gezeitendominierten Küstenzone fort. Entsprechend sind
zwei Progradationszyklen von einer Zeit der Nichtsedimentation unterbrochen, was zu einer
Sequenzgrenze führte. Diese Grenze trennt die Ablagerungen des oberen Silurs von denen des
unteren Devons. Der Wechsel von einem siliciklastischen im oberen Silur zu einem gemischten
karbonatisch-siliziklastischen Milieu im unteren Devon demonstriert den Wechsel der Sedimentprovinz
aufgrund von Meeresspiegelschwankungen und der darauf einsetzenden häufigen Stürme. Dies
dokumentiert sich insgesamt anhand von sechs spezifischen, autozyklischen Korngrößensequenzen
im Bereich von Zyklizitäten 6. Ordnung (100 – 10 000 Jahre). Im Gegensatz zu der Planktonblüte an
der Silur-Devon Grenze, wurde an der Frasnium/Famennium-Grenze (Ober-Devon) in einem
integrierten Ansatz die geo-/biodynamische Signifikanz eines weltweiten Aussterbeereignisses
erforscht. In unseren Untersuchungen ist dieser sog. Phytoplankton-Blackout in sedimentären
Sequenzen von fünf verschiedenen Lokalitäten dokumentiert (in Deutschland im Rheinischen
Schiefergebirge und in Mecklenburg-Vorpommern, und in den USA im Michigan- und Appalachen-
Becken).
Sowohl organisch-wandige Mikrofossilien (figuriertes organisches Material) als auch Lipide
(unfiguriertes, lösliches organisches Material) und makromolekulare Strukturen wurden analysiert und
verglichen. Dabei konnte gezeigt werden, dass die als charakteristische globale Markierer bekannten
oberen und unteren Kellwasser-Horizonte in Bezug auf das in ihnen enthaltene organische Material
und die Ablagerungsbedingungen sich nur wenig unterscheiden, dass aber in der dazwischen
liegenden Zeitspanne Bakterien eine dominierende Rolle spielten.
Schnelle Änderungen der Umweltbedingungen, die sich in den entsprechenden Sedimentschichten
ausprägen, wurden an zwei neogenen Sedimentbecken in NW-Anatolien (MioEcoChange-Projekt)
und am Messeler Ölschiefer, dessen Vorkommen bei Darmstadt wegen seines Fossilreichtums zum
UNESCO-Welterbe gehört, untersucht. Im MioEcoChange-Projekt standen Wechsellagerungen von
vorwiegend durch terrestrisches Planzenmaterial bzw. durch Algen- und Bakterienwachstum
gekennzeichnetes organisches Material im Vordergrund. Eigenschaften und Ursprung besonders
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