OSL dating of coastal sediments revealing coastal evolutions : case studies in Songkhla (Thailand), Trassenheide (Germany), and Ephesus (Turkey)

Titelangaben

Noppradit, Prakrit:
OSL dating of coastal sediments revealing coastal evolutions : case studies in Songkhla (Thailand), Trassenheide (Germany), and Ephesus (Turkey).
2018 . - XIII, 91 S.
( Dissertation, 2018 , Universität Bayreuth, Bayreuther Graduiertenschule für Mathematik und Naturwissenschaften - BayNAT )

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Abstract

Küstenprozesse zu verstehen ist wichtig, um sich an mögliche Küstenveränderungen anpassen zu können. Eine Projektion von zukünftigen Küstenveränderungen kann nur auf der Grundlage eines gegenwärtigen und vergangen Küstenverständnisses durchgeführt werden. Das Verstehen der vergangenen Küstenbedingungen, welches auf den in den Küstensedimenten erhaltenen Hinweisen beruht, erfordert den Faktor Zeit. Küstensedimente bestehen aus organischem Material und/oder Mineralien, abhängig von ihren geologischen Ablagerungsbedingungen. Optisch stimulierte Lumineszenz (OSL) ist ein leistungsfähiges Werkzeug zur Datierung verschiedener geologischer Materialien. In dieser Studie wurden in drei Untersuchungsgebieten OSL Datierungen mittels des Einzelproben-Protokolls mit regenerierter Dosis (SAR) an mineralreichen Küstensedimenten durchgeführt. Erstens wurde OSL in Songkhla in Südthailand auf Quarz-Feinkorn Sand aus Wellen-, Wind-, Lagunen- und Fluvialumgebungen angewendet, um die geologische Entwicklung aufzuzeigen. Zweitens wurden in Trassenheide an der Ostseeküste Deutschlands anhand von Quarzen in der Sand-Fraktion Küstendünen datiert, die bisher anhand der Bodenfarbe klassifiziert worden sind. Drittens wurden in Ephesos in der Türkei vor- und nach-antike Hafensedimente mit Quarzen und Feldspäten der Silt-Fraktion (Polymineral) datiert. Die Alter wurden dann mit Studien und Radiokohlenstoff-Alter aus der Umgebung verglichen. Nach der Messung des Lumineszenzsignals und der Anwendung statistischer Methoden zeigte die Äquivalentdosis Werte zwischen 0,56 und 153 Gy. Die Dosisrate sand-reicher Sedimente (durchschnittlich 0,91 Gy / ka) war niedriger als die der schluffreichen Sedimente (durchschnittlich 2,74 Gy/ka). OSL Alter zwischen ca. 160-0,6 ka zeigten Fehler von weniger als 10%. Es wurden zwei Probleme gefunden: zum einen die unvollständige Bleichung und zum anderen der Einfluss der Verwitterung. In Songkhla wurde der Verwitterungeffekt aufgrund eines sehr niedrigen Kaliumgehalts (Effekt auf die Dosisrate) beobachtet, was zu einem überschätzten Alter führte (nachgewiesen durch den Meeresspiegeltrend). Dieses Problem wurde durch Verwendung eines zeitabhängigen Dosisratenmodells gelöst. In Ephesos wurden Hafensedimente wahrscheinlich in trübem Wasser gebildet und dort gab es dann auch nicht genügend Sonnenlicht zum Zurücksetzen des OSL-Signals. Das unvollständige Bleichen führte zu überschätzten Altern (nicht konsistent in der Alters-Tiefen-Kurve). Gut gebleichte Proben konnten jedoch beobachtet werden, wenn Quarz- und Feldspatalter (in den polymineralischen Fraktionen) übereinstimmten. In Songkhla hat OSL anhand sandiger Sedimentproben die Hypothese eines Meeresspiegelhochstandes sowohl im letzten Interglazial (ca. 127 ka) als auch im mittleren Holozän (ca. 6 ka) bewiesen. Nach dem Meeresspiegelstand bei ca. 127 ka sank der Meeresspiegel und Songkhla war mehrere hundert Kilometer von der Küste entfernt. Vor 50 bis 17 ka gab es Wind-, Fluss-, und Seeablagerungen, die mittels OSL datiert werden konnten. In dieser Studie wurde OSL auch verwendet, um gemischte, feine und grobe Sedimente zu datieren, die als Lagune (ca. 7 ka) klassifiziert wurden. OSL-Alter von Holozänproben stimmten mit den in früheren Studien vorhergesagten Meeresspiegelkurven überein. In Trassenheide waren OSL-Alter das bessere Datierungswerkzeug, um die Dünenentwicklung zu klassifizieren. Dünenbildungen wurden durch OSL-Alter auf ca. 2,5-1,6 ka (Römische Warmzeit) und auf ca. 0,6 ka (nach der Mittelalterlichen Warmzeit) datiert. Während 1,6-0,6 ka gab es keine Dünenbildung, was mit einer starken Küstenerosion in der Ostsee zu dieser Zeit zusammenhängen könnte. In Ephesus beschrieben konsistente OSL- und 14C-Alter die geologische Entwicklung seit ca. 3 ka, als Ephesus einen marinen Ablagerungsraum darstellte. Um etwas 2,5 ka entwickelte sich das Delta schnell; OSL-Alter zeigen eine sehr hohe Ablagerungsrate von bis zu 65 mm/Jahr. Eine intensive Hafennutzung fand um ca. 2 ka statt. OSL-Alter aus dieser Studie stimmen mit früheren 14C-Altern an Seesedimenten überein, die aus nahe gelegene Kernproben im selben Untersuchungsgebiet stammten. Zusammenfassend kann gesagt werden, dass OSL ein sehr nützliches Werkzeug ist, um den geochronologischen Rahmen für Küstensedimente zu liefern und mit ihr können die geologische Entwicklung, der Meeresspiegelwechsel und archäologische Ereignisse seit dem späten Pleistozän gut beschrieben werden. Durch Kombination mit anderen Methoden und Daten, wie z.B. Paläontologie, Paläoklimatologie, tragen OSL Datierungen dazu bei das Verständnis der Paläogeographie von Küstengebieten zu fördern.

Abstract in weiterer Sprache

Understanding coastal processes is important to adapt possible coastal changes. The projection of coastal changes in the future is carried out by investigating the present and past coastal environment. For understanding the past coastal environment, which was reconstructed from the evidences preserved in the coastal sediments, time is required. Coastal sediments consist of organic material and/or minerals depends on their geological setting. Optically-stimulated luminescence (OSL) is a powerful tool to date many geological materials. This study attempted to apply OSL dating to coastal sediments which are rich in mineral grains by using a single aliquot regenerative (SAR) dose protocol in three study areas. First at Songkhla in Southern Thailand, OSL was applied to fine sand-size quartz in wave, wind, lagoon, and fluvial environments to reveal the geological evolution. Second at Trassenheide at the Baltic Sea coast of Germany, coastal dunes which were classified based on colour of subsoil were dated by sand-size quartz. Third at Ephesus in Turkey, pre- and post-ancient harbour environments were dated using silt-sized quartz and feldspar (polymineral), which then were compared to nearby studies and radiocarbon ages. After the measurement of luminescence signal and statistical methods were applied the equivalent dose showed values between 0.56 and 153 Gy. Dose rates of sand-rich sediments (average 0.91 Gy/ka) were lower than silt-rich sediments (average 2.74 Gy/ka). OSL ages ranging between ca.160-0.6 ka showed less than 10% errors. There are two problems found: incomplete bleaching and weathering. At the study location at Songkhla, there was the observation of weathering due to very low potassium content (effect to dose rate) resulting in an overestimated age (proven by sea level history). This problem was solved by using a time dependent dose rate model. At the study location of Ephesus, harbour sediments were probably formed in turbid water and there was not enough sunlight for resetting the OSL signal. The incomplete bleaching lead to overestimated ages (inconsistent in age-depth plot). However, well bleached samples can be observed when there was an agreement of quartz and feldspar ages (in polymineral fractions). In Songkhla, from sandy sediments OSL proved the hypothesis of sea level highstand both in the last interglacial (ca.127 ka) and mid-Holocene (ca. 6 ka). After the sea level highstand at ca. 127 ka, the sea level regressed and Songkhla was several hundred km from the coastline. There were wind, fluvial, and lake environments during 50-17 ka, which were dated by OSL. In this study OSL was also used to date mixed fine and coarse sediments which were classified to be lagoonal (ca. 7 ka). OSL ages of Holocene samples agreed with the sea level curves predicted in previous studies. In Trassenheide, OSL ages were the better timing tool to classify dune generations. Generations of dunes were defined by OSL ages of ca. 2.5-1.6 ka (Roman Warm Period) and of ca. 0.6 ka (after Medieval Warm Period). During 1.6-0.6 ka, there was no observation of any dune. This might relate to a strong coastal erosion in the Baltic Sea at that time. In Ephesus, consistent OSL and 14C ages described the geological evolution since ca. 3 ka when Ephesus was a marine environment. Around 2.5 ka, the delta advanced fast; OSL proved a very high deposition rate of up to 65 mm/year. An intensive harbour use was at around 2 ka. OSL ages agreed with previous 14C ages from lake sediments using nearby core samples in the same study area. Overall, OSL is a useful tool to provide the geochronological frame for coastal sediments and can well describe the geological evolution, the sea level change, and archaeological events since the Late Pleistocene. In combination with other evidences such as palaeontology, paleoclimatology, OSL is a part to contribute understanding the paleoenvironment studies in coastal areas.