Original paper

Grenzen der radiometrischen 230Th/U-Altersbestimmung der Sauerwasserkalkvorkommen (Travertine) in Stuttgart

[Potential and limitations of radiometric 230Th/U dating of tufa (Travertine) in Stuttgart.]

Geyh, Mebus; Reiff, Winfried; Frank, Norbert

Kurzfassung

Im heutigen Stadtgebiet von Stuttgart treten seit ungefähr einer halben Million Jahre -- in den klimatisch gemäßigten Zeiten des Quartärs -- kohlensäurehaltige Mineralwässer aus, deren Absätze als Sauerwasserkalk oder Travertin bezeichnet werden. Die meisten Vorkommen lassen sich durch ihre Lage über Schotterterrassen des Neckars, teilweise auch durch ihren Inhalt an Fossilien und Artefakten, zeitlich einordnen. Sie sind durchweg in Warmzeiten entstanden. Die Ablagerung von Travertin zu verschiedenen Zeiten am gleichen Ort und aus dem gleichen Mineralwassersystem war eine Herausforderung für die absolute Altersbestimmung, um einen Beitrag zur regionalen Geochronologie zu liefern. Seit Beginn der achtziger Jahre wurden radiometrische 230Th/U-Alter an den Travertinvorkommen von Stuttgart (Untertürkheim, Bad Cannstatt und Münster) bestimmt. Anhand dieser Daten wurde die geologische Einstufung von Vorkommen ins Holozän und ins letzte Interglazial bestätigt. Eine zuverlässige Datierung der älteren Vorkommen war jedoch infolge der großen Streuung der radiometrischen Alter nicht möglich. Als Ursachen kommen die Meßunsicherheit und diagenetische Veränderungen im Gestein durch Verwitterung und Auswaschung in Betracht, ohne sie näher eingrenzen zu können. Seit Mitte der neunziger Jahre stehen genauere massenspektrometrische TIMS-230Th/U-Daten von Proben aus drei Tavertinvorkommen zur Verfügung, die genutzt wurden, eine Neubewertung der radiometrischen Alter und ihrer Streuung vorzunehmen. Mit dem Vergleich der mit verschiedenen Meßmethoden ermittelten Datensätze wurde nach Kriterien gesucht, um die Zuverlässigkeit der 230Th/U-Datierungsmethode in ihrer Anwendung auf Travertine beurteilen zu lernen, neue Erkenntnisse über das Uran/Thorium-System im Travertin zu gewinnen und möglichst eine absolute Chronologie dieser Region zu erarbeiten. Die radiometrischen 230Th/U-Alter von Travertin sind für das Zeitintervall 10--250 ka (1 ka = 1000 Jahre) im Rahmen ihrer Mutungsintervalle in sich konsistent. Als Folge von Gesteinsverwitterung erwiesen sich allerdings etwa 50% aller Proben als für die Datierung ungeeignet. Dieser Prozentsatz wird durch selektive Auswahl der massenspektrometrischen Proben wesentlich verkleinert und die Qualität der Meßergebnisse durch eine verbesserte Analytik erhöht. Weitere Verbesserungen sind erwünscht und denkbar. Für das Zeitfenster über 250 ka ist eine zuverlässige Altersbestimmung mit radiometrischen Verfahren nicht mehr möglich. Diagenetische Veränderungen des Gesteins sind zu weit fortgeschritten, um noch verläßliche Alter erwarten zu dürfen. Selbst für das massenspektrometrische Verfahren. das mit 10 bis 100 mal kleineren Probemengen auskommt, bleiben gewisse Schwierigkeiten bestehen.

Abstract

The second largest springs in Europe discharge mineralized groundwater with a recent rate of 500 l/s within the region of Stuttgart since at least 500 000 years. Most of the precipitated travertine (Sauerwasserkalk) can be dated chronostratigraphically by artifacts, biostratigraphically by macrofossils and geologically by the elevation of the terraces of the River Neckar. All travertines were formed during warm periods. The deposition of huge travertine deposits from different geological periods, at the same place and from the same mineral water system has been a challenge for the absolute age determination in order to correlate the regional climatic chronology with the global one. Since the beginning of the eigthies radiometric 230Th/U datings were carried out from various research groups. In the middle of the nineties 230Th/U dating by the modern thermion mass spectrometry (TIMS) opened a more precise and more reliable age determination of travertine. Hence, the comparison of the methodically differing results from the same samples offered the possibility to search for criteria to justify the reliability of the 230Th/U dates of such depositis as a whole and deliver a reliable absolute chronology.

Keywords

geological sectiontravertine (tufa). Pleistocene. Holoceneinterglacial environment. Th/U-datingthermion mass spectrometrycorrelationaccuaracycritical review Southwestern German Hills (Stuttgart-Bad Canstatt)Baden-Württemberg TK25: Nr. 7121