Ice-sheet dynamics and climate fluctuations during the Weichselian glaciation along the southwestern Baltic Sea coast

This thesis aims to develop a palaeogeographic and chronostratigraphic model of the southwestern Baltic Sea area, to improve our understanding of the depositional history of the Late Pleistocene on both a local and a transregional scale. New sedimentological, palaeontological and numerical age data will be presented from three reference sites located at the coast of NE Germany. So far, the chronostratigraphic assignment of Saalian and Weichselian sediments of NE Germany has been based mainly on lithostratigraphic methods and on sparse numerical age data, resulting in a fragmentary age database. Modern sedimentological approaches, such as facies analyses, have been applied only at a few isolated profiles. Thus, a reliable reconstruction of the depositional environments and their stratigraphic positions is still missing for the study area, which makes the correlation between Pleistocene successions from NE Germany and other circum-Baltic regions problematic. To address these lithostratigraphic and geochronologic issues, three crucial profiles were re-investigated using a multiproxy approach, including sedimentological, geochronological, and palaeontological techniques. The Glowe and Kluckow sites are located on the peninsula of Jasmund (Rügen Island), whereas the Klein Klütz Höved (KKH) section is situated between Wismar and Travemünde at the coast of the Mecklenburg Bay. The age-constraining of critical horizons was conducted by luminescence dating of feldspar and quartz grain minerals. Together, these successions represent the Late Saalian to Late Weichselian period and give rise to the following picture. The Glowe and Kluckow sections reveal that ice-free conditions dominated the study site between 47 and 42 ka. Deposition occurred in a steppe-like environment with moderate summers and cool winters. Meandering and braided river systems inhabited by various freshwater species, such as Anodonta cygnea, Pisidium amnicum and Perca fluviatilis, shaped the landscape. A subsequent cooling phase resulted in the establishment of a periglacial landscape and the formation of ice-wedges. This phase is shown in this thesis to be connected to the Klintholm advance documented at 34±4 ka in Denmark. Furthermore, the data indicate the formation of a lacustrine basin during the transition of MIS 3 to MIS 2 under sub-arctic climate conditions. A potential link to the Kattegat ice advance (29 – 26 ka) will be proposed. At 23±2 ka, the study area was characterised by proglacial and ice-contact lakes related to the Last Glacial Maximum ice advance of the Scandinavian Ice Sheet (SIS). This is the first documented SIS advance of Weichselian age, which reached Jasmund at 22±2 ka. The KKH sedimentary succession comprises deposits of Late Saalian to Late Weichselian age: after a period of deglaciation between ~139-134 ka (Termination II; MIS 6), which is preserved in a glaciofluvial sequence deposited in a braided river system, a lacustrine environment was established in an arctic to subarctic climate. During this time, the landscape was vegetated by typical Late Saalian flora communities. The Eemian interglacial is represented by lacustrine to brackish deposits covering the reference pollen zones 1 to 3. During this initial part of the Eemian, thermophile forest elements spread (Quercus, Ulmus), indicating a deciduous forest. The presence of brackish ostracods represents the influence of a marine transgression between 300 and 750 years after the beginning of the Eemian period. A hiatus of more than 90,000 years separates the Eemian from the overlying Late Weichselian sediments. During the Late Weichselian period, the deposition at KKH was dominated by glaciolacustrine and subglacial facies, where the first Weichselian ice advance occurred at 20±2 ka. The sedimentological and geochronological findings in this thesis provide valuable information for the reconstruction of the palaeoenvironmental history from the Late Saalian to Late Weichselian period. The Late Saalian palaeoenvironmental setting is reconstructed, including Termination II and the initial phase of the Eemian interglacial. Furthermore, the Eemian marine transgression is shown to have occurred 300 to 750 years after the beginning of this interglacial. The first proven Weichselian advance of the SIS approached NE Germany between ~23 and ~20 ka. In contrast, there is no evidence to support a pre-LGM advance of Weichselian age to the study area, as proposed by several authors, neither at Glowe and Kluckow, nor at the KKH site. Based on the presented results, and contra what was previously assumed, the MIS 3 Ristinge and Klintholm advance of the SIS, documented in Denmark, did not reach NE Germany.Das Ziel der vorliegenden Arbeit besteht in der Erstellung von paläogeographischen und chronostratigraphischen Modellen, welche das Verständnis der spätpleistozänen Ablagerungsgeschichte auf lokaler und regionalen Ebene im südwestlichen Ostseeraum verbessern sollen. Hierzu werden neue sedimentologische, paläontologische und numerische Alters-Daten von drei Referenz-Profilen der nordostdeutschen Küste präsentiert. Bislang basiert die chronostratigraphische Einordnung der saale- und weichselzeitlichen Sedimente in diesem Gebiet hauptsächlich auf lithostratigraphischen Methoden und einzelnen numerischen Altersdaten, woraus sich eine nur unvollständige Altersdatenbasis ergibt. Moderne sedimentologische Ansätze, wie z.B. Fazies Analysen, sind nur an einzelnen Profilen angewendet worden. Dies verhindert eine verlässliche Rekonstruktion der Ablagerungsmilieus und deren stratigraphische Einstufung, wodurch die Korrelationen zwischen pleistozänen Abfolgen Nordost-Deutschlands mit denen anderen zirkum-baltischen Regionen erheblich erschwert wird. Um diese lithostratigraphischen und geochronologischen Probleme zu lösen, wurden drei Profile mit Hilfe eines Multiproxy-Ansatzes, einschließlich sedimentologischen, geochronologischen und paläontologischen Techniken, untersucht. Die Kliffaufschlüsse Glowe und Kluckow befinden sich auf der Halbinsel Jasmund (Insel Rügen), wohingegen Klein Klütz Höved (KKH) an der Küste der Mecklenburger Bucht zwischen Wismar und Travemünde liegt. Die Alterseinstufung kritischer Horizonte gelang mit Hilfe der Lumineszenz Datierung von Feldspat- und Quarz-Mineralkörnern. Insgesamt repräsentieren die untersuchten Abfolgen den Zeitraum zwischen dem ausgehenden Saaleglazial und dem Letzten Glazialen Maximum (LGM). Die Sequenzen von Glowe und Kluckow belegen eisfreie Bedingungen in der Phase zwischen 47 und 42 ka in einer steppen-ähnlichen Landschaft, mit moderaten Sommern und kühlen Wintern. Mäandrierende und verzweigte Flusssysteme, bewohnt von Süßwasserarten, wie z.B. Anodonta cygnea, Pisidium amnicum and Perca fluviatilis, gestalteten die Landoberfläche maßgeblich. Eine anschließende Abkühlungsphase führte zur Herausbildung einer periglazialen Landschaft und dem Entstehen von Eiskeil-Polygonnetzen. In der vorliegenden Arbeit wird gezeigt, wie diese Abkühlung mit dem dänischen Klintholm Vorstoss (34±4 ka) des Skandinavischen Inlandeises (SI) in Verbindung steht. Des Weiteren zeigen die Daten, dass sich ein lakustrines Becken im Untersuchungsgebiet am Übergang vom MIS 3 zum MIS 2 unter sub-arktischen Klimabedingungen gebildet hat. Ein möglicher Zusammenhang mit dem Kattegat Eisvorstoß (29 – 26 ka) wird diskutiert. Um 23±2 ka dominierten im heutigen Gebiet von Jasmund proglaziale Seen, welche im Vorfeld des vorrückenden SI lagen. Der erste auf Jasmund nachgewiesen SI Vorstoß mit weichselzeitlichem Alter erfolgte um 22±2 ka. Die sedimentären Einheiten am KKH Aufschluss umfassen Ablagerungen von der Spätsaalezeit bis zum LGM: Eine Phase der Deglaziation erfolgte zwischen ~139-134 ka (Termination II; MIS 6), wobei glaziofluviatilen (verzweigte Flusssysteme) und lakustrinen Ablagerunsbedingungen dominierten. Die Landschaft unterlag arktische bis subarktische Klimabedingungen und wurde geprägt von einer typischen spätsaalezeitlichen Florengemeinschaft. Lakustrine und brackische Sedimente, welche die Referenz-Pollen Zonen 1 bis 3 repräsentieren, belegen die Erhaltung von früh-eemzeitlichen Ablagerungen am KKH Aufschluss. Während dieser initialen Phase des Eem-Interglazials breiteten sich wärmeliebende Arten (Quercus, Ulmus) aus und bildeten einen Laubwald. Das Vorhandensein brackischer Ostrakoden verweist auf die Beeinflussung einer marinen Transgression zwischen 300 und 750 a nach dem Beginn des Eems. Ein Hiatus von 90 000 Jahre trennt die Ablagerungen des Eems von den darüber liegenden spätweichselzeitlichen Einheiten. Während des späten Weichsel Glazials wurde die Sedimentation von glaziolakustrinen und subglazialen Fazien dominiert. Der erste belegte Weichsel-Vorstoss ist auf 20±2 ka datiert worden. Die sedimentologischen und geochronologischen Ergebnisse dieser Arbeit liefern wichtige Informationen zur Rekonstruktion der Ablagerungsbedingungen im Zeitraum vom ausgehenden Saaleglazial bis zum LGM. Unter anderem wurde die Landschaftsgeschichte während der Deglaziation des Saale-Glazials (Termination II) und des beginnenden Eems rekonstruiert. Die Eem-Transgression erfolgte im Untersuchungsgebiet zwischen 300 bis 750 a nach Beginn des Interglazials. Der erste nachgewiesene Weichsel-Vorstoß des SI erreichte NE Deutschland zwischen ~23 und ~20 ka. Hingegen gibt es keine Hinweise in den untersuchten Abfolgen, welche die Existenz eines weichselzeitlichen pre-LGM Eisvorstoßes belegen. Basierend auf den präsentierten Ergebnissen und im Kontrast zu dem was vorher angenommen wurde, erreichten sowohl der Ristinge, wie auch der Klintholm Vorstoss, nicht den norddeutschen Raum