Analyse prähistorischer Klimaschwankungen durch Muscheln

Ein internationales Team von Forschern entwickelt eine neue Technik, um paläoklimatische Daten aus Muschelschalen zu gewinnen. Muschelschalen sind seit über 160.000 Jahren in archäologischen Fundstellen reichlich enthalten. Mit Hilfe von Laser-Imaging fanden die Forscher nun neue Wege, zu rekonstruieren, wie sich das Klima zu Lebzeiten von Muscheln aus archäologischen und geologischen Fundstellen verändert hat.

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Einige der gesammelten Proben stammen aus Agia Fotini auf Kreta
Einige der gesammelten Proben stammen aus Agia Fotini auf Kreta (© Niklas Hausmann)

Muschelfleisch spielte eine wichtige Rolle in der Ernährung der prähistorischen und historischen Küstenbewohner. Muscheln sind daher in archäologischen Stätten auf der ganzen Welt verbreitet, meistens in großer Anzahl. Wissenschaftler haben lange erforscht, wie sie durch die chemische Zusammensetzung der Muscheln Rückschlüsse auf Umweltbedingungen ziehen können, unter denen auch Menschen an den jeweiligen Orten in der Vergangenheit gelebt haben. Obwohl es etablierte Techniken gibt, um wertvolle, klimatische Informationen aus Muscheln zu gewinnen, war es bisher zu kostspielig, diese in einem Maßstab zu analysieren, der über individuelle und einzelne Aufzeichnungen hinausgeht. Die aktuelle Studie eines internationalen Forscherteams aus Griechenland, Australien und Deutschland, wurde nun in Scientific Reports veröffentlicht. Sie präsentiert LIBS (Laser Induced Breakdown Spectroscopy) als eine innovative Technik für schnelles Laser-Imaging, um neue Maßstäbe für die Anzahl der analysierten Muschelschalen zu setzen und dadurch die zeitliche und räumliche Auflösung sowie die Genauigkeit des rekonstruierten Klimas erheblich zu erhöhen.

Das Ziel der vorliegenden Studie lautete, eine neue Methode zu testen, indem die elementare Zusammensetzung neuzeitlicher Muscheln analysiert wurden, deren Klimawerte bereits bekannt waren. Die Forscher verwendeten hierfür Muscheln der Spezies Patella caerulea, zur Familie der Napfschnecken gehörend, aus neun verschiedenen Standorten östlichen Mittelmeerraum (Griechenland, Libyen, Tunesien, Kroatien, Malta, der Türkei und Israel). Diese Spezies zeigte vorher bereits gute Voraussetzungen für elementare Analysen, nicht alle Muscheln sind hierfür geeignet.

Mit Hilfe von LIBS fanden die Forscher eine moderne Grundlage dafür, wie sich die Meerestemperaturen in der elementaren Zusammensetzung der Wachstumsringe widerspiegeln. Bisherige Studien konnten keine konsistenten Verbindung zwischen den beiden finden. Nur die zweidimensionale Abbildung von ganzen Muscheln durch LIBS lieferte die erforderliche Datenmenge, um die Variationen einzelner Aufzeichnungen zu interpretieren. Bei dieser Aufgabe übertreffen die Geschwindigkeit und die niedrigen Kosten von LIBS andere Techniken.

"Muscheln haben interessante Klimaarchive, die anders als zum Beispiel Bohrkerne von Sedimenten oder Gletschern, sehr eng mit dem Leben von Menschen in der Vergangenheit verknüpft sind", erklärt der Erstautor Niklas Hausmann, dessen Forschungsprojekt die Methode an der Stiftung für Forschung und Technologie - Hellas (FORTH) in Griechenland entwickelt hat. "Weil wir sie im archäologischen Kontext finden, können wir diese Verbindung herstellen und interpretieren sie oft als ‘prähistorischer  Küchenabfall’."

"Wenn wir wissen, welche Art von Klimaschwankungen die Schnecken durchlebten, bekommen wir auch eine Vorstellung davon, was die Menschen erlebt haben, und wir können dann andere archäologische Beweise anschauen, um zu sehen, wie Menschen - und auch Tiere und Pflanzen der Umgebung - auf diese Veränderungen reagierten. Wir konnten bisher selten mehr als ein Dutzend gut analysierter Muscheln betrachten, was keineswegs ideal ist, da die Klimadaten von einer Muschel zur anderen sehr unterschiedlich sein können. Nun können wir Hunderte oder sogar Tausend Muscheln vergleichen und das ist ein entscheidender Faktor für Klimamodelle die auf diese Daten aufbauen“, sagt Hausmann.

Die in der aktuellen Studie entwickelten Technik hat weitreichende Auswirkungen. Zunächst konzentrierten sich die Forscher auf die bereits bekannten Muscheln des Mittelmeers, vorläufige Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass andere Muscheln aus archäologischen Fundstellen im Atlantik und im Pazifik ähnlich gut für die Verwendung mit LIBS geeignet sein könnten und dadurch die Tür für globale Klimamodelle mit sehr hoher Auflösung öffnen.

"Archäologische Muschelsammlungen einzulagern ist schwierig und oft umständlich, daher hoffe ich, dass Archäologen und Museen ihre alten Muschelschachteln nicht weggeworfen haben - wir wollen die jetzt nämlich unbedingt analysieren."

Publikation

Niklas Hausmann, Amy Prendergast, Andreas Lemonis, Jana Zech, Patrick Roberts, Panos Siozos and Demetrios Anglos

Extensive elemental mapping unlocks Mg/Ca ratios as climate proxy in seasonal records of Mediterranean limpets

Scientific Reports. 6.3.2019
DOI: 10.1038/s41598-019-39959-9

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