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46 Cards in this Set
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Was ist ein ‘Proxy’? * |
Kompilation der Paläotemperaturen der Erde = Ergebnis verschiedener ‘Paläo-Proxies’
-> messbare Kennwerte, die für gewünschte (aber unbeobachtbare) Variablen stehen: Temperatur, Salinität, Nährstoffgehalt, Sauerstoffgehalt, CO2-Konzentration, Windgeschwindigkeit, Produktivität etc. -> Ziel-Parameter |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Was ist ein ‘Proxy’? Zusammenfassung |
- Wichtigstes Wort: Paläo -> Vergangenheit betrachten
- Umwelt: verschiedene Faktoren (Klima etc.) -> wir suchen einzelne Aspekte -> Target-parameter - Archive: Dazu benötigen wir Umweltarchive (geologische, biologische) -> darin muss etwas messbares sein -> Proxy (messbare Grösse, im Sinne einer Annäherung) -> wir brauchen den Proxy als Annäherung für den Parameter, den wir erklären wollen - Wichtige Werkzeuge = Datieren, Kalibrieren (Verhältnis quantifizieren) |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion * |
Wichtige Kriterien
- Wahl des Targets und des Proxy - Wahl der Kalibrierung und der Quantifizierung - Messen und Datieren der Proxy-Zeitreihe - Interpretation der Zeitreihe und der Prozesse Benthic Isotope Stacks: - Benthic = am Boden lebende Foraminiferen - Target-parameter: Eisvolumen -> je mehr Eis auf den Polen, desto schwerer wird das Wasser -> Umgebungswasser - Während Eiszeiten mehr 18O im Wasser Marine Isotopenstadien (MIS) -> Isotopen = Proxi für Eisvolumen - früher 41 krys cycle - dann 100 kyrs cycle -> Zyklus wird länger, Amplitude nimmt zu Genereller Trend zu höherem Eisvolumen Genereller Trend zu höherer Amplitude |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Kalibrierung * |
- Zeit: z.B. Temperatur für 50 Jahre (zeitliche Änderung des Target-parameters)
- Raum: z.B. Baumringe entlang von Höhenstufen (räumliche Variable entscheidend) |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Kalibrierung Kalibrierung in der Zeit (‘in time’) |
Beispiel Korngrösse und elementare Geochemie als proxy für detritischen Eintrag, 70‘000 Jahre
Korngrösse = f (detritische Körner) Zr/Al, Si/Al = f (Alumosilikate, Zirkon, Qz) |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Kalibrierung Kalibrierung im Raum (‘space for time substitution’) I |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Kalibrierung Kalibrierung im Raum (‘space for time substitution’) II |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung * |
- Basierend auf Kalibrierung
Transfer Funktionen (Factor Analyse; einfache oder mutliple Regressionen, etc....) -> Wie kann etwas am besten quantifiziert werden? - Basierend auf Aehnlichkeit (Similarity) v.a. Moderne-Analog Technik (MAT) -> Verteilung von Mustern (z.B. Foraminiferen) vergleichen |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung Kalibrierung * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung Kalibrierung Beispiel: Transfer Funktionen * |
Factor Analyse; einfache oder mutliple Regressionen, etc....
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung Kalibrierung Beispiel: Transfer Funktionen Grösse von Schwammnadeln vs. gelöstem Si.im Wasser |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung Kalibrierung Kalibrationen mit ‘Artificial neural network’ (ANN) * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung Ähnlichkeit * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Zwei Arten der Proxy-Quantifizierung Ähnlichkeit Aehnlichkeit’ (Similarity) MAT: Beispiel einer Vegetations Rekonstruktion auf der Basis von Pollenvergesellschaftungen * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Was ist die Voraussetzung, dass diese Methoden funktionieren? |
Katastrophismus (tlw. auch Kreationismus)
Erdgeschichte kontrolliert durch katastrophale Ereignisse -> Goerges de Cuvier (1769-1832) Aktualismus Die Gegenwart als Schlüssel zur Vergangenheit (‘the present is the key to the past’), alles verändert sich langsam! -> Charles Lyell (1797-1875) Uniformismus Naturgesetze und Prozesse ändern sich nicht -> James Hutton (1726-1797) |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Schritte zu einer guten Paläorekonstruktion Was ist die Voraussetzung, dass diese Methoden funktionieren? Uniformismus Uniformismus nicht immer gewährleistet * |
Instrumentelle Temperaturen nördlich 50 Grad (rot) verglichen mit Baumring-basierten Rekonstruktionen (schwarz). Man beachte den Offset nach 1960! Die Bäume reagieren offenbar nicht mehr ähnlich auf T-Schwankungen wie davor.
Mögliche Gründe: - Schwellenwert erreicht (‘threshold’) - UV Strahlung durch Ozonloch - Bäume reagieren eher auf Niederschlag Folge: Entkoppelung des Proxy-Archives vom Klimasystem |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen * |
Bestimmen der Paläotemperaturen -> z.B. Glazial-Interglazialzyklen in Oberflächen Temperatur der Meere (SST; sea-surface temperatures)
Ziele – Temperatur ist ein wichtiger Paramter -> Wärmefluss und Feuchtigkeitstransport (Atmosphäre-Ozean Austausch) – Wichtig für GCM (Glocal circulation models) – Einfluss auf Ozeanzirkulation und Chemismus – Einfluss aus biologische, physikalische und chemische Prozesse Wie können wir die vergangenen Temperaturen bestimmen? – Geologische Proxies! Inkl. Petrophysik, Geochemie, Biologie, etc.... – Rekonstruktion der vergangenen Temperaturen – Durch die Muster die Prozesse verstehen |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Methoden in der Paläothermometrie in marinen Sedimenten * |
Abbildung: Heutige Oberflächentemperaturen -> AVHRR (Advanced very high resolution radiometer)
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Transfer functions * |
Basic idea: there are assemblages of planktonic foraminifera species that can be identified by multivariate statistics
Factor analysis assumptions: - Core-top fauna related to surface water properties SST is ecologically important - Abundance variations can be represented by linear mixing of a few assemblages - Ecosystem remains ~constant through the time studied |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Transfer functions Plankton Schalenreste: Proxy Indikatoren für Paleoozeanographie * |
Planktonische Foraminiferen: einzellige Lebewesen mit Schalen, seit dem Kambrium
Mikrofossilien: vor allem marine Mikrofauna wie Foraminiferen, Coccolithen (karbonatische Skelette), Radiolarien und Diatomeen (Kieselsäureskelett) werden untersucht auf Sauerstoff-Isotopen-Verhältnis, Menge und Vorkommen durch die Zeit sowie morphologische Unterschiede (beide in Abhängigkeit der Umweltbedingungen) |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Transfer functions Plankton Schalenreste: Proxy Indikatoren für Paleoozeanographie Häufigkeit vs. Temperatur für Fossilgesellschaft * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Transfer functions Plankton Schalenreste: Proxy Indikatoren für Paleoozeanographie ‘Test’ der Methode zur Bestimmung der modernen SST * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Transfer functions Plankton Schalenreste: Proxy Indikatoren für Paleoozeanographie SST heute (links) vs. LGM (rechts) * |
In den hohen Breiten deutliche Abkühlung im LGM, in den Tropen weniger (CLIMAP 1981)
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Transfer functions Vorteile / Nachteile * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 in Karbonat * |
Sauerstoffisotope = wichtiges Konzept
Vitaleffekt: jede Foraminifere baut Isotopen mit spezifischen Vorlieben ein |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 Sauerstoff-Isotopen-Verhältnis |
Natürliches 18O:16O-Verhältnis bei etwa 1:500, gemessen an Mikrofossilien, die O in ihre Schalen einbauen (benthische und planktonische Foraminiferen), Abweichungen von Standardwerten (SMOW für Wasser, Eis..., PDB für Karbonate) angegeben durch d18O, je kleiner dieser Wert desto "isotopisch leichter" (da 18O wenig schwerer als 16O)
Variation der d18O-Werte gesteuert durch Fraktionierung, d.h. durch bevorzugte Verdunstung der leichteren H216O-Moleküle gegenüber den schwereren H218O-Molekülen in Abhängigkeit der Temperatur -> kältere Luftmassen können immer weniger schweres 18O aufnehmen, somit reichert es sich im Meer an während die Eiskappen aus leichterem 16O aufgebaut werden -> Warm- und Kaltzeiten lassen sich ausgliedern |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 Temperatur Abhängigkeit * |
Abhängigkeit gut sichtbar, wenn die anderen Parameter (Salinität etc.) konstant gehalten werden
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 Vitaleffekt * |
Verschiedene Spezies bauen Isotope verschiedenartig ein
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 Salinität-Temperatur und Delta-O-18 * |
Isotopenfraktionierung = wichtiger Prozess
Wichtig: Verhältnis 18O und 16O Während Eiszeit kühlt sich Klima ab, Eiskappe auf Polen wächst -> Wasser kommt aus dem Meer (Verdampfen am Äquator, Transport, Schneefall auf Polen) -> beim Verdampfen geht relativ gesehen mehr 16O in die Luft -> das Eis enthält mehr 16O, das Meerwasser mehr 18O |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 Weitere Komplikation mit Delta-O-18 |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Delta-O-18 Ceara Rise: Tropischer Atlantik |
Sedimentkern vor der Küste Brasiliens
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Foraminiferal Mg/Ca I * |
Verhältnis in Schalen messen, chemische Methode
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Foraminiferal Mg/Ca II * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Coral Sr/Ca * |
Strontium/Kalzium Verhältnis messen
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Coral Sr/Ca Porites Sr/Ca SST on the Great Barrier Reef |
Regression choice matters for extrapolation to low T
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone * |
• Langkettige organische Komponenten die durch Coccolithophoriden produziert werden (Kalkalgen)
• 10-20% Algen C (membrane Lipide) • Langkettige 37-C Ketone werden durch Haptophyten (marine Algen; coccolithophores) biosynthesisiert. In der photischen Zone der Ozeane sind diese die primären Produzenten von pelagischem Kalziumkarbonat |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone Alkenone calibration I * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone Alkenone calibration II * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone Alkenone calibration III * |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone Alkenone undersaturation as an indicator of SST |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone Vorteile Alkenon Methode |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Alkenone Nachteile Alkenon Methode |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen TEX86 |
Archaea = einzellige Organismen
The TetraEther index of archaeal isoprenoid Glycerol Diakyl Glycerol Tetraethers (GDGTs) membrane lipids with 86 carbons (TEX86) -> temperature changes not only in the marine but also in the lacustrine realm |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen TEX86 Comparison of the high-resolution TEX86 and BIT records |
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Prinzip der Paläorekonstruktionen:
Methode: Analog Prinzip, Kalibrierung, Validierung Paläotemperaturen Zusammenfassung der wichtigsten Paläorekonstruktionstechniken * |
Methoden nicht im Detail kennen, aber wissen, dass es sie gibt, um die Temperaturbindungen in der Vergangenheit zu rekonstruieren
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