GESCHICHTE  DES  OSTANTARKTISCHEN  EISSCHILDES:
KÄNOZOISCHE  SEDIMENTE  DER  PAGODROMA-GRUPPE


Prof. Dr. Werner  Ehrmann

Prof. Dr. Michael J. Hambrey,
Centre for Glaciology, Institute of Geography and Earth Sciences,
University of Wales, Aberystwyth, Ceredigion SY23 3DB, UK
Dr. Barrie McKelvey,
Division of Earth Sciences, School of Physical Sciences, University of New England, Armidale, New South Wales 2351, Australia
Dr. Jason Whitehead,
Institute of Antarctic and Southern Ocean Studies,
University of Tasmania, Private Bag 77,
Hobart, Tasmania 7001, Australia
Dr. Jan Bloemendal,
Department of Geography, University of Liverpool,
Roxby Building, Liverpool L69 3BX, UK



Hintergrund:

Der ostantarktische Eisschild besteht seit mehr als 33 Millionen Jahren und beeinflußt seither den globalen Meeresspiegelstand und das Klima der Erde. Unter den Wissenschaftlern gibt es aber eine heftige Debatte über seine Stabilität. Sie dreht sich vor allem darum, ob der Eisschild seit dem Miozän (15 Ma) stabil war, oder ob er große Schwankungen in Ausdehnung und Volumen erfahren hat, möglicherweise ganz abgebaut wurde, und erst seit etwa 3 Ma in seiner heutigen Form stabil ist. Die Lösung dieses Problems ist für das Verständnis des Zusammenspiels von Eisdynamik, Klima und Meeresspiegelstand sehr wichtig. Die unterschiedlichen Ansichten entspringen Untersuchungen im Transantarktischen Gebirge. Um die Hypothesen zu testen, wurden nun, auf der anderen Seite der Ostantarktis, entsprechende Sedimentabfolgen im Gebiet des Lambert-Gletschers - Amery-Schelfeises untersucht.

 

 
Abb. 1: Lageplan des Arbeitsgebietes innerhalb der Antarktis (A) und innerhalb des Lambert-Gletscher Systems (B). Die Mount Johnston Formation und die Fisher Bench Formation wurden am Fisher Massif beprobt, die Battye Glacier Formation und die Bardin Bluffs Formation in der Amery-Oase.

Geländearbeit:

Von Hambrey und McKelvey wurden 1994/95 alle vier Formationen der Pagodroma-Gruppe in den Prince Charles Mountains auf der westlichen Schulter des Lambertgrabens beprobt, und zwar im Bereich des Fisher Massif (Mount Johnston Formation, Fisher Bench Formation) und der Amery Oase (Battye Glacier Formation, Bardin Bluffs Formation). Eine Detailbeprobung der Battye Glacier Formation (4 Profile) erfolgte 2000/2001 durch Whitehead.

Untersuchungen:

Die Faziesuntersuchungen von Hambrey und McKelvey zeigten, daß alle vier Formationen der Pagodroma-Gruppe in einem fjordähnlichen Ablagerungsraum sedimentiert wurden. Das Klima war kühl, aber wesentlich wärmer als heute. Mögliche Analoge dafür finden sich heute in Ostgrönland und Spitzbergen.

An der Universität Leipzig wurden Sedimentproben auf die Zusammensetzung der Tonmineralfraktion hin untersucht. Die Daten sollten helfen, die einzelnen Profile miteinander zu korrelieren. Außerdem hofften wir, aus der Verteilung der einzelnen Tonminerale Rückschlüsse auf die Herkunftsgebiete der Sedimente und auf die kontinentalen Verwitterungsbedingungen während des Känozoikums ziehen zu können.

An der Universität Liverpool wurden geochemische und gesteinsmagnetische Untersuchungen durchgeführt, ebenfalls mit der Absicht, klimatische Trends und Änderungen im Liefergebiet zu erfassen. Die paläontologischen Arbeiten wurden von J. Whitehead koordiniert.


Einige Ergebnisse:

(1) Die vier räumlich getrennten und unterschiedlich alten Formationen der Pagodroma-Gruppe besitzen unterschiedliche Tonmineralsignaturen. Die Tonmineralvergesellschaftungen der Mount Johnston Formation und der Fisher Bench Formation ähneln sich und werden von Illit und Chlorit dominiert. Im Gegensatz dazu enthalten die Sedimente der Battye Glacier Formation zusätzlich größere Mengen an Kaolinit und Smektit. Die Bardin Bluffs Formation weist die höchsten Kaolinitgehalte auf, aber nur relativ geringe Konzentrationen an Illit und Chlorit. Sie führt keinen Smektit.

(2) Der größte Teil der Tonmineralvergesellschaftungen der Mount Johnston Formation, der Fisher Bench Formation und der Bardin Bluffs Formation der Pagodroma-Gruppe kann von einem Liefergebiet in der unmittelbaren Nachbarschaft hergeleitet werden. Die metavulkanischen Gesteine und die Gneise des Fisher Massifs sind für die Illit- und Chloritgehalte der Sedimente der Mount Johnston Formation und der Fisher Bench Formation verantwortlich. Die permotriassischen Sedimentgesteine der Amery-Gruppe lieferten den Kaolinit der Bardin Bluffs Formation.

(3) Der größte Teil der Tonminerale in der Pagodroma-Gruppe weist auf physikalische Verwitterung unter glazialen Bedingungen hin. Nur der Smektit und der Kaolinit der Battye Glacier Formation könnten auf ein Intervall mit wärmeren und feuchteren Bedingungen hinweisen, die in chemischen Verwitterungsbedingungen resultierten. Die wahrscheinlichere Alternative ist jedoch, daß die Smektite und Kaolinite detritischen Ursprungs sind und von einem weit entfernten Liefergebiet stammen, das wahrscheinlich unter dem Eis liegt.

(4) Auch die Faktorenanalysen an den geochemischen Daten (XRF) zeigen zwei unterschiedliche Hauptvergesellschaftungen, was durch das Vorhandensein von Detritus aus der Amery-Gruppe in der Battye Glacier Formation und der Bardin Bluffs Formation erklärt wird.

(5) Die Battye Glacier Formation (10,7 - 9,0 Ma) besteht aus zwei Einheiten. Die Untere Einheit belegt eine Erosion des präkambrischen Grundgebirges. Obwohl sie heute etwa 250 km weiter südlich als die Eiskante liegt, wurde sie im Ozean abgelagert, und zwar in einiger Entfernung von der damaligen Eiskante. Sie beinhaltet auch die fossilführenden McLeod Beds. Diese führen eine monospezifische Hiatella sp. Molluskenfauna, die - im Gegensatz zu den heutigen Verhältnissen - einen starken Einfluß von Schmelzwasser anzeigt. Die Obere Einheit zeigt eine Erosion der permisch-triassischen Amerygruppe an und wurde im Ozean, nahe an der damaligen Eiskante abgelagert.
Abb. 2: Vereinfachte Darstellung der Tonmineralvergesellschaftungen in den verschiedenen Formationen der Pagodroma-Gruppe. Die unterschiedlichen Zusammensetzungen weisen auf unterschiedliche Liefergebiete hin.

 
Publikationen:

Bloemendal, J., Ehrmann, W., Hambrey, M.J., McKelvey, B.C. Matthews, R. & Whitehead, J.M. (2003): Geochemical and rock magnetic records from sediments of the Cenozoic Pagodroma Group, Prince Charles Mountains, East Antarctica: implications for provenance and weathering.- Antarctic Science, 15 (3): 365-378.

Ehrmann, W., Bloemendal, J., Hambrey, M.J., McKelvey, B. & Whitehead, J. (2003): Variations in the composition of the clay fraction of the Cenozoic Pagodroma Group: implications for determining provenance.- Sedimentary Geology, 161: 131-152.

Whitehead, J., Ehrmann, W., Harwood, D.M., Hillenbrand, C.-D., Quilty, P.G., Hart, C., Taviani, M., Thorn, V., McMinn (2006): Late Miocene paleoenvironment of the Lambert Graben embayment, East Antarctica, evident from: Mollusc paleontology, sedimentology and geochemistry.- Global and Planetary Change, 50: 127-147.