Kopplung von Geo- und Biochronometern zur Rekonstruktion der Flussgeschichte: Entwicklung des Flusses Douro, Portugal
Dr. Steven Binnie
Geologie & Mineralogie
Idee
Flusssysteme entwickeln sich als Reaktion auf Veränderungen in ihrer Umgebung, sodass uns die Geschichte der Flüsse Aufschluss über vergangene Ereignisse gibt, die die Landschaft geprägt haben. Topografische Hinweise in der Landschaft, die zeigen, dass sich Flüsse an neue Randbedingungen angepasst haben, finden sich in Form von geomorphologischen Merkmalen wie Flussterrassen (Pazzaglia, 2013). Wir können diese Terrassen mit kosmogenen Nukliden datieren, um den Zeitpunkt und die Geschwindigkeit der Flussentwicklung einzugrenzen, und in den letzten zehn Jahren wurden ausgefeiltere Ansätze für solche Datierungen entwickelt (z. B. Erdlanger et al., 2012). Andererseits wurde von der geomorphologischen Fachwelt bisher deutlich unterschätzt, wie die biologischen Aufzeichnungen der in diesen Flüssen lebenden aquatischen Arten Aufschluss über die Geschichte der Flüsse geben können (Craw et al., 2008). Die phylogenetischen Aufzeichnungen von Flussarten, wie z. B. Amphipoden (Krebse), können mithilfe der molekularen Uhr datiert werden, um zu zeigen, wann sich Flussnetze neu organisiert haben. Die Kombination von kosmogenen Nukliden mit der molekularen Uhr hat daher ein großes Potenzial, unter anderem die Zusammenhänge zwischen der Flussentwicklung und den großen Klimaveränderungen während des Quartärs zu verstehen.
Dr. Binnie und Dr. Kathrin Lampert (vom Institut für Zoologie der Universität Cambridge) haben dieses Potenzial im Rahmen des multidisziplinären Projekts CRC1211 erkannt, das Geowissenschaften und Biologie miteinander verbindet, und erste Erfolge erzielt, indem sie diese Techniken integriert haben, um die biologische und landschaftliche Entwicklung in der Atacama-Wüste zu verstehen. Dieser IMfESS-Vorschlag zielt nun darauf ab, diesen Erfolg auszubauen, indem der geo-bio-chronologische Ansatz außerhalb von Wüsten getestet wird, insbesondere am Douro-Fluss, der das größte Einzugsgebiet der Iberischen Halbinsel entwässert. Hier ist bekannt, dass die stromaufwärts gelegenen Abschnitte des Flusses einst endorheisch waren, aber nach einem großen Entwässerungsereignis begannen, in den Atlantik zu fließen. Das Alter dieses Ereignisses ist nur unzureichend bekannt, und auf der Grundlage von Extrapolationen wird angenommen, dass es zwischen ~ 3,7 und 1,8 Ma stattfand (Cunha et al., 2019). Die Haupthypothese dieses Projekts lautet, dass der Zeitpunkt der Umgestaltung des Douro-Flusses, der sich aus der molekularen Uhrdatierung von Amphipoden ergibt, mit dem Beginn der Erosion übereinstimmt, der durch die kosmogene Nukliddatierung der höchsten Terrasse des Flusses ermittelt wurde. Es wird weiter angenommen, dass dieser Zeitpunkt mit einer Periode bedeutender globaler Klimaveränderungen zusammenhängt. Bei Erfolg würde diese Studie als Pilotprojekt für einen größeren DFG-Forschungsantrag dienen, der darauf abzielt, die Kopplung dieser komplementären Datierungsmethoden an anderen Orten weltweit genauer zu untersuchen.
Plan
Die oberste Terrasse des Unterlaufs des Douro-Flusses in Zentralportugal wird für eine kosmogene Nuklidanalyse beprobt. Da die Terrassenoberfläche vom Menschen verändert wurde, ist eine Expositionsdatierung nicht möglich, sodass stattdessen eine Isochron-Begrabungsdatierung durchgeführt wird. Dazu müssen mehrere Proben aus einer Tiefe von mehr als 3 m entnommen und ihre 10Be- und 26Al-Konzentrationen mittels Beschleuniger-Massenspektrometrie bei CologneAMS gemessen werden. Amphipodenproben würden aus dem Hauptstrom und mehreren Nebenflüssen des Douro in Portugal und Spanien entnommen und von Dr. Lampert einer molekularen Analyse der mitochondrialen Gene (COI) unterzogen werden. Frühere Feldforschungen in diesem Gebiet haben zu guten Beziehungen zu portugiesischen Kollegen geführt, die bei der Probenentnahme behilflich sein würden, insbesondere bei der Einholung von Genehmigungen und der Organisation der Grabungen, um kosmogene Nuklidproben aus der Tiefe zu gewinnen.
Status
Die Feldarbeit für das Projekt in Portugal fand Ende Mai 2025 statt.