Publications – Science@Bleßberghöhle

2025

Gottlieb, Stefanie

230Th/U-Datierung und Analyse der stabilen Isotope eines Speläothem des Marinen Isotopenstadiums 3 aus der Bleßberghöhle Masters Thesis

Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, 2025.

Abstract | Links | BibTeX | Tags: bb-13, chronology, flowstone, jgu, palaeoclimate

@mastersthesis{gottlieb2025,

title = {230Th/U-Datierung und Analyse der stabilen Isotope eines Speläothem des Marinen Isotopenstadiums 3 aus der Bleßberghöhle},

author = {Stefanie Gottlieb},

url = {https://bbh.pik-potsdam.de/wp-content/uploads/2026/05/Masterarbeit_Stefanie_Gottlieb.pdf},

year  = {2025},

date = {2025-05-20},

school = {Johannes-Gutenberg-Universität Mainz},

abstract = {Das MIS 3 ist geprägt von mehreren kurzfristigen Klimaschwankungen den Dansgaard-Oeschger Events (D/O Events). Nachgewiesen ist dies unteranderem in den Grönländischen Eisbohrkernen sowie in verschieden Speläothemen aus dem Mittelmeerraum sowie Südfrankreich. In Zentraleuropa ist die Datenlage für diese Periode limitiert und vor allem auf die Alpenregion beschränkt, da das Klima während des MIS 3 zunehmend trockener und kälter wurde. Dies erschwert das Speläothemwachstum. Bisherige Analysen von Speläothemen aus der Bleßberghöhle verweisen darauf, dass Speläothemwachstum länger möglich gewesen ist als ursprünglich angenommen. Dies impliziert das weitere Analysen von Speläothem aus dieser Höhle neue Erkenntnisse über das Klima während des MIS 3 in Zentraleuropa ermöglichen.

In dieser Studie wird der Speläothem BB13 aus der Bleßberghöhle in Thüringen analysiert. Die 230Th/U Datierung dieses Speläothems hat ein episodisches Wachstum zwischen 52.0 (±0.05) ka und 34,87 (±0,10) ka ergeben. Auf Grundlage der erkennbaren Hiaten ist die Unterteilung in 5 Wachstumsphasen möglich. Diese korrelieren mit den D/O-Events 7, 8,11,12 und 14. Die Werte von δ18O und δ13C werden im Verlauf des MIS3 positiver während die Wachstumsgeschwindigkeiten abnehmen. Das lässt darauf schließen, dass es im Verlauf des MIS 3 trockener wurde. Es konnte bestätigt werden, dass das Wachstum von Speläothemen länger möglich war als ursprünglich angenommen. Darüber hinaus konnte in diesem Speläothem die stadial Phase 14 b nachgewiesen werden, die bisher nur in Speläothemen aus der Bleßberghöhle für Zentraleuropa nachgewiesen werden konnte. Dies verweist auf die Klimasensitivität dieser Höhle.},

keywords = {bb-13, chronology, flowstone, jgu, palaeoclimate},

pubstate = {published},

tppubtype = {mastersthesis}

}

Das MIS 3MIS 3 "MIS" ist die Abkürzung für "marine isotope stage", übersetzt also "Isotopenstadium mariner Sedimente". Da sich beim Wechsel von Warm- zu Kaltzeiten (und umgekehrt) die Isotopenverhältnisse in den Kalkschalen kleiner Einzeller (Foraminiferen) auf dem Meeresboden ändern, werden diese zur Datierung herangezogen und lassen sich zur Eingruppierung verschiedener Klimazustände in der Vergangenheit nutzen. "MIS 3" bedeutet dabei eine kurzzeitige Warmphase (beginnend vor 57 Tausend Jahren) während der letzten Eiszeit. ist geprägt von mehreren kurzfristigen Klimaschwankungen den Dansgaard-Oeschger Events (D/O Events). Nachgewiesen ist dies unteranderem in den Grönländischen Eisbohrkernen sowie in verschieden Speläothemen aus dem Mittelmeerraum sowie Südfrankreich. In Zentraleuropa ist die Datenlage für diese Periode limitiert und vor allem auf die Alpenregion beschränkt, da das Klima während des MIS 3 zunehmend trockener und kälter wurde. Dies erschwert das Speläothemwachstum. Bisherige Analysen von Speläothemen aus der Bleßberghöhle verweisen darauf, dass Speläothemwachstum länger möglich gewesen ist als ursprünglich angenommen. Dies impliziert das weitere Analysen von SpeläothemSpeläothem Sekundäre Mineralablagerungen in Höhlen, wie Sinter, Stalagmiten, Stalaktiten, usw. aus dieser Höhle neue Erkenntnisse über das Klima während des MIS 3 in Zentraleuropa ermöglichen.
In dieser Studie wird der Speläothem BB13 aus der Bleßberghöhle in Thüringen analysiert. Die 230Th/UU/Th-Datierung Die U/Th-Datierung ist eine sehr präzise radiometrische Altersbestimmung auf Basis der Uran-Thorium-Zerfallsreihe. Das Uran zerfällt mit bekannten Halbwertszeiten (245.500 Jahre) zum Tochterelement Thorium. Stalagmiten bauen bei ihrem Wachstum (fast) nur das wasserlösliche Uran ein, während das schlecht bewegliche Thorium zum größten Teil im Boden und Epikarst über der Höhle verbleibt. Das kann man nutzen, um die Zeit zu berechnen, die seit der Ausfällung der untersuchten Karbonatprobe vergangen ist. Moderne massenspektrometrische Verfahren erlauben Altersbestimmungen mit der U/Th-Methode bis zu 700.000 Jahren vor Heute. DatierungDatierung Um einem Stalagmiten oder gar einer einzelnen Wachstumslage im Stalagmiten ein Alter zuordnen zu können, muß eine Datierung durchgeführt werden. Dies erfolgt in der Regel radiometrisch, d. h. über die Messung von Zerfallsprodukten (siehe auch U/Th-Datierung). dieses Speläothems hat ein episodisches Wachstum zwischen 52.0 (±0.05) kaka BP Mit "ka BP" sind "Tausend Jahre vor 1950" gemeint. Das "BP" steht für "before present", was in der Paläoklima-Wissenschaft als 1950 festgelegt wurde. "11.000 ka BP" bedeuted also 11 Tausend Jahre vor 1950, oder unter Verwendung unseres gewohnten Kalenders: 9050 v. Chr. und 34,87 (±0,10) ka ergeben. Auf Grundlage der erkennbaren Hiaten ist die Unterteilung in 5 Wachstumsphasen möglich. Diese korrelieren mit den D/O-Events 7, 8,11,12 und 14. Die Werte von δ18O und δ13C werden im Verlauf des MIS3 positiver während die Wachstumsgeschwindigkeiten abnehmen. Das lässt darauf schließen, dass es im Verlauf des MIS 3 trockener wurde. Es konnte bestätigt werden, dass das Wachstum von Speläothemen länger möglich war als ursprünglich angenommen. Darüber hinaus konnte in diesem Speläothem die stadial Phase 14 b nachgewiesen werden, die bisher nur in Speläothemen aus der Bleßberghöhle für Zentraleuropa nachgewiesen werden konnte. Dies verweist auf die Klimasensitivität dieser Höhle.

Priester, Samuel

230Th/U Datierung eines Speläothems aus Zentraldeutschland zeigt Wachstum während der Jüngeren Dryas Bachelor Thesis

Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, 2025.

Abstract | Links | BibTeX | Tags: bb-15, dating, flowstone, jgu, palaeoclimate

@bachelorthesis{priester2025,

title = {230Th/U Datierung eines Speläothems aus Zentraldeutschland zeigt Wachstum während der Jüngeren Dryas},

author = {Samuel Priester},

url = {https://bbh.pik-potsdam.de/wp-content/uploads/2026/05/Bachelorarbeit_Samuel_Priester.pdf},

year  = {2025},

date = {2025-02-05},

school = {Johannes-Gutenberg-Universität Mainz},

abstract = {Speläotheme bieten die Möglichkeit, vergangenes Klima zu rekonstruieren, da sie klimatische Veränderungen kontinuierlich aufzeichnen und mithilfe der 230Th/U-Methode absolut datiert werden können. Sie ermöglichen die Analyse vieler Klimaproxys, darunter die stabilen Isotope Sauerstoﬀ und Kohlenstoﬀ sowie unteranderem die initialen (²³⁴U/²³⁸U) -Verhältnisse. Für ihr Wachstum gelten allerdings zwei Grundvoraussedungen: Wasser muss in die Höhle gelangen können und ein Minimum an Vegetation muss vorhanden sein.

Die Jüngere Dryas (12,87 ka BP – 11,70 ka BP) war eine Kaldeit, die insbesondere in der Nordatlantikregion durch kühlere und trockenere Klimabedingungen gekennzeichnet war. In dieser Arbeit wurden 230Th/U-Alter an einem Flowstone aus der Bleßberghöhle gemessen, die eine Wachstumsphase während der Jüngeren Dryas zeigen, obwohl zu dieser Zeit in Mijeleuropa nur wenige Speläotheme in der Lage waren zu wachsen. Außerdem stimmt die Wachstumsphase mit der Theorie überein, dass die Jüngere Dryas in zwei Phasen unterteilt ist. Die erlangten Ergebnisse lassen sich gut mit anderen Klimarekonstruktionen vergleichen, diese zeigen teilweise ähnliche Muster.

Um in Zukunft den Verlauf der Jüngeren Dryas detaillierter einzugrenzen, müsste die Wachstumsphase noch hochaufgelöster datiert werden, um so das Altersmodell zu verbessern. Außerdem ist es möglich diese Wachstumsphase in andere Höhlen in Zentraleuropa nachzuweisen, um die Ausbreitung der damaligen Klimabedingungen besser zu verstehen.},

keywords = {bb-15, dating, flowstone, jgu, palaeoclimate},

pubstate = {published},

tppubtype = {bachelorthesis}

}

SpeläothemeSpeläothem Sekundäre Mineralablagerungen in Höhlen, wie Sinter, Stalagmiten, Stalaktiten, usw. bieten die Möglichkeit, vergangenes Klima zu rekonstruieren, da sie klimatische Veränderungen kontinuierlich aufzeichnen und mithilfe der 230Th/U-MethodeU/Th-Datierung Die U/Th-Datierung ist eine sehr präzise radiometrische Altersbestimmung auf Basis der Uran-Thorium-Zerfallsreihe. Das Uran zerfällt mit bekannten Halbwertszeiten (245.500 Jahre) zum Tochterelement Thorium. Stalagmiten bauen bei ihrem Wachstum (fast) nur das wasserlösliche Uran ein, während das schlecht bewegliche Thorium zum größten Teil im Boden und Epikarst über der Höhle verbleibt. Das kann man nutzen, um die Zeit zu berechnen, die seit der Ausfällung der untersuchten Karbonatprobe vergangen ist. Moderne massenspektrometrische Verfahren erlauben Altersbestimmungen mit der U/Th-Methode bis zu 700.000 Jahren vor Heute. absolut datiert werden können. Sie ermöglichen die Analyse vieler Klimaproxys, darunter die stabilen IsotopeIsotop Chemische Elemente können aus verschieden aufgebauten Atomen gebildet sein. Die Anzahl Protonen im Atomkern ist zwar dabei gleich, aber die Anzahl der Neutronen kann variieren. Man spricht dann von Isotopen, deren Massen kleine, aber messbare Unterschiede aufweisen. Der Atomkern des Sauerstoffs besteht z. B. aus 8 Protonen und in der Regel aus 8 Neutronen. Es gibt aber auch Sauerstoff, dessen Kerne aus 8 Protonen und 9 oder 10 Neutronen bestehen (neben selteneren, instabilen Sauerstoffisotopen). Um das zu kennzeichnen, gibt man zusätzlich zum chemischen Symbol noch die Massenzahl (Summe aus Protonen und Neutronen) an, also 16O, 17O oder 18O. Die unterschiedlichen Isotope verhalten sich zwar chemisch identisch, physikalisch aber - aufgrund ihres unterschiedlichen Gewichtes - leicht unterschiedlich. Damit stellen sie äusserst wertvolle Marker dar, die uns wichtige Hinweise zur Änderung des Klimas, der Umgebungsvegetation, Bodenaktivität und vielem mehr geben. Sauerstoﬀ und Kohlenstoﬀ sowie unteranderem die initialen (²³⁴U/²³⁸U) -Verhältnisse. Für ihr Wachstum gelten allerdings zwei Grundvoraussedungen: Wasser muss in die Höhle gelangen können und ein Minimum an Vegetation muss vorhanden sein.
Die Jüngere Dryas (12,87 ka BPka BP Mit "ka BP" sind "Tausend Jahre vor 1950" gemeint. Das "BP" steht für "before present", was in der Paläoklima-Wissenschaft als 1950 festgelegt wurde. "11.000 ka BP" bedeuted also 11 Tausend Jahre vor 1950, oder unter Verwendung unseres gewohnten Kalenders: 9050 v. Chr. – 11,70 ka BP) war eine Kaldeit, die insbesondere in der Nordatlantikregion durch kühlere und trockenere Klimabedingungen gekennzeichnet war. In dieser Arbeit wurden 230Th/U-Alter an einem Flowstone aus der Bleßberghöhle gemessen, die eine Wachstumsphase während der Jüngeren Dryas zeigen, obwohl zu dieser Zeit in Mijeleuropa nur wenige Speläotheme in der Lage waren zu wachsen. Außerdem stimmt die Wachstumsphase mit der Theorie überein, dass die Jüngere Dryas in zwei Phasen unterteilt ist. Die erlangten Ergebnisse lassen sich gut mit anderen Klimarekonstruktionen vergleichen, diese zeigen teilweise ähnliche Muster.
Um in Zukunft den Verlauf der Jüngeren Dryas detaillierter einzugrenzen, müsste die Wachstumsphase noch hochaufgelöster datiert werden, um so das AltersmodellAltersmodell Nach der Datierung eines Stalagmiten werden allen anderen Messungen (z. B. Isotopenverhältnisse), die ursprünglich entlang einer Längen-Achse durchgeführt wurden, ein Alter zugeordnet. zu verbessern. Außerdem ist es möglich diese Wachstumsphase in andere Höhlen in Zentraleuropa nachzuweisen, um die Ausbreitung der damaligen Klimabedingungen besser zu verstehen.

2024

Laifer, Yannic Noel

Spurenelementanalyse eines Speläothems aus der Bleßberghöhle, Thüringen Bachelor Thesis

Johannes-Gutenberg-Universität Mainz, 2024.

Abstract | Links | BibTeX | Tags: bb-15, flowstone, jgu, palaeoclimate

@bachelorthesis{nokey,

title = {Spurenelementanalyse eines Speläothems aus der Bleßberghöhle, Thüringen},

author = {Yannic Noel Laifer},

url = {https://bbh.pik-potsdam.de/wp-content/uploads/2026/05/Bachelorarbeit_Yannic_Noel_Laifer.pdf},

year  = {2024},

date = {2024-11-21},

school = {Johannes-Gutenberg-Universität Mainz},

abstract = {Speläotheme haben sich in den letzten Jahrzehnten als empfindliche und vielversprechende Klimaarchive etabliert. Während ihrem langjährigen Wachstum bilden sie einzelne Lagen aus, in denen sie Proxys wie Spurenelemente und stabile Isotope (δ18O und δ13C) einbauen. Durch die U/Th-Methode lassen sich diese Lagen absolut und unabhängig datieren, wodurch sie eines der wichtigsten terrestrischen Klimaarchive bereitstellen.

Das Ende der letzten Eiszeit ist von starken klimatischen Schwankungen geprägt, wobei die Erwärmung des Bølling/Allerøds durch den Kälteeinbruch der Jüngeren Dryas unterbrochen wurde. Diese Kaltphase stellt das Ende des Pleistozäns dar und geht mit der darauffolgenden Erwärmung in das Holozän über.

In dieser Arbeit wird eine Spurenelementanalyse eines bereits präzise datierten Speläothems aus der Bleßberghöhle (Thüringen, Deutschland) durchgeführt. Das Alter der Probe umspannt einen Zeitraum von ~ 58,6 ka BP bis ~ 6,3 ka BP, wobei sich bei der Interpretation auf den Abschnitt zwischen Bølling/Allerød und dem mittleren Holozän fokussiert wird. Die Messung der Spurenelementkonzentrationen erfolgt mittels Laserablation-Induktiv gekoppelter Plasma-Massenspektrometrie (LA-ICP-MS), wodurch präzise und hochaufgelöste Daten gewonnen werden können.

Die Auswertung der Daten zeigt, dass die Probe erhebliche Schwankungen an Spurenelementkonzentrationen aufweist. Diese lassen sich auf klimatische und hydrologische Veränderungen zurückführen und unter Einbezug der Datierungen in einen regionalen, sowie globalen Gesamtkontext einordnen.

Im Allgemeinen zeigen die Trends der Elementkonzentrationen warme/feuchte Bedingungen und ein Voranschreiten der Bodenentwicklung während des Bølling/Allerøds. Die darauffolgende Jüngere Dryas bringt Trockenheit und eine erneute Verschlechterung der Bodenentwicklung mit sich. Mit dem Übergang ins Holozän kommt es wieder zu deutlich humideren Bedingungen und einer Stabilisierung der Bodenentwicklung. Gleichzeitig sorgen die steigenden Temperaturen zunehmend für sommerliche Trockenheit.},

keywords = {bb-15, flowstone, jgu, palaeoclimate},

pubstate = {published},

tppubtype = {bachelorthesis}

}

Speläotheme haben sich in den letzten Jahrzehnten als empfindliche und vielversprechende Klimaarchive etabliert. Während ihrem langjährigen Wachstum bilden sie einzelne Lagen aus, in denen sie Proxys wie SpurenelementeSpurenelement Ein Spurenelement ist ein chemisches Element genannt, das nur in geringer Konzentration in einer Probe vorhanden ist. Tropfsteine bestehen fast ausschließlich aus Kalziumkarbonat, also aus den Elementen Kalzium, Kohlenstoff und Sauerstoff. Andere Elemente kommen nur in sehr geringen Konzentrationen vor, sind aber vorhanden. Deren Konzentration hängt oft von den während der Entstehung des Tropfsteins herrschenden Umweltbedingungen ab. und stabile IsotopeIsotop Chemische Elemente können aus verschieden aufgebauten Atomen gebildet sein. Die Anzahl Protonen im Atomkern ist zwar dabei gleich, aber die Anzahl der Neutronen kann variieren. Man spricht dann von Isotopen, deren Massen kleine, aber messbare Unterschiede aufweisen. Der Atomkern des Sauerstoffs besteht z. B. aus 8 Protonen und in der Regel aus 8 Neutronen. Es gibt aber auch Sauerstoff, dessen Kerne aus 8 Protonen und 9 oder 10 Neutronen bestehen (neben selteneren, instabilen Sauerstoffisotopen). Um das zu kennzeichnen, gibt man zusätzlich zum chemischen Symbol noch die Massenzahl (Summe aus Protonen und Neutronen) an, also 16O, 17O oder 18O. Die unterschiedlichen Isotope verhalten sich zwar chemisch identisch, physikalisch aber - aufgrund ihres unterschiedlichen Gewichtes - leicht unterschiedlich. Damit stellen sie äusserst wertvolle Marker dar, die uns wichtige Hinweise zur Änderung des Klimas, der Umgebungsvegetation, Bodenaktivität und vielem mehr geben. (δ18O und δ13C) einbauen. Durch die U/ThU/Th-Datierung Die U/Th-Datierung ist eine sehr präzise radiometrische Altersbestimmung auf Basis der Uran-Thorium-Zerfallsreihe. Das Uran zerfällt mit bekannten Halbwertszeiten (245.500 Jahre) zum Tochterelement Thorium. Stalagmiten bauen bei ihrem Wachstum (fast) nur das wasserlösliche Uran ein, während das schlecht bewegliche Thorium zum größten Teil im Boden und Epikarst über der Höhle verbleibt. Das kann man nutzen, um die Zeit zu berechnen, die seit der Ausfällung der untersuchten Karbonatprobe vergangen ist. Moderne massenspektrometrische Verfahren erlauben Altersbestimmungen mit der U/Th-Methode bis zu 700.000 Jahren vor Heute.-Methode lassen sich diese Lagen absolut und unabhängig datieren, wodurch sie eines der wichtigsten terrestrischen Klimaarchive bereitstellen.
Das Ende der letzten Eiszeit ist von starken klimatischen Schwankungen geprägt, wobei die Erwärmung des Bølling/Allerøds durch den Kälteeinbruch der Jüngeren Dryas unterbrochen wurde. Diese Kaltphase stellt das Ende des Pleistozäns dar und geht mit der darauffolgenden Erwärmung in das HolozänHolozän Der jüngste Abschnitt der geologischen Zeitgeschichte, etwa die letzten 11.700 Jahre. über.
In dieser Arbeit wird eine Spurenelementanalyse eines bereits präzise datierten Speläothems aus der Bleßberghöhle (Thüringen, Deutschland) durchgeführt. Das Alter der Probe umspannt einen Zeitraum von ~ 58,6 ka BP bis ~ 6,3 ka BP, wobei sich bei der Interpretation auf den Abschnitt zwischen Bølling/Allerød und dem mittleren Holozän fokussiert wird. Die Messung der Spurenelementkonzentrationen erfolgt mittels Laserablation-Induktiv gekoppelter Plasma-MassenspektrometrieBeschleuniger-Massenspektrometrie Eine Form der Massenspektrometrie, die mit einem Teilchenbeschleuniger (fast immer ein Tandembeschleuniger) und zwei Massenspektrometern arbeitet. Damit wird das Verhältnis eines Isotops zu einem anderen Isotop desselben Elements gemessen. (LA-ICP-MS), wodurch präzise und hochaufgelöste Daten gewonnen werden können.
Die Auswertung der Daten zeigt, dass die Probe erhebliche Schwankungen an Spurenelementkonzentrationen aufweist. Diese lassen sich auf klimatische und hydrologische Veränderungen zurückführen und unter Einbezug der DatierungenDatierung Um einem Stalagmiten oder gar einer einzelnen Wachstumslage im Stalagmiten ein Alter zuordnen zu können, muß eine Datierung durchgeführt werden. Dies erfolgt in der Regel radiometrisch, d. h. über die Messung von Zerfallsprodukten (siehe auch U/Th-Datierung). in einen regionalen, sowie globalen Gesamtkontext einordnen.
Im Allgemeinen zeigen die Trends der Elementkonzentrationen warme/feuchte Bedingungen und ein Voranschreiten der Bodenentwicklung während des Bølling/Allerøds. Die darauffolgende Jüngere Dryas bringt Trockenheit und eine erneute Verschlechterung der Bodenentwicklung mit sich. Mit dem Übergang ins Holozän kommt es wieder zu deutlich humideren Bedingungen und einer Stabilisierung der Bodenentwicklung. Gleichzeitig sorgen die steigenden Temperaturen zunehmend für sommerliche Trockenheit.