Aeolian sediments such as loess and lake sediments are representing one of the most detailed terrestrial archives of climate and environment change. One of the challenges in Quaternary research is to make these archives accessible by obtaining reliable chronologies to get further insight into past climate and environmental processes which are leading subsequently to a better understanding of the future climate and helping to improve the accuracy of climate change predictions. Luminescence dating is one of the most important and most commonly used tools for determining the deposition age of Quaternary sediments. Quartz and feldspar, which are used as dosimeters to date aeolian deposits, however, both exhibit disadvantages – quartz saturates at comparatively low doses and feldspar suffers from anomalous fading resulting in an upper dating limit of 100-150 ka and age underestimation, respectively. Therefore, previous studies presented age estimates only up to about 100 ka. So far it was difficult to provide reliable chronologies for the Middle Pleistocene deposits owing to the upper dating limit. This doctoral research aims to elaborate the potential of quartz and feldspar as dosimeter for dating Middle Pleistocene aeolian deposits. New approaches in luminescence dating were tested to establish a more reliable geochronological frame for the aeolian sediments. Loess and maar lake sediments from the Vojvodina region/Serbia (Stari Slankamen), Middle Rhine area/Germany and the southern foreland of the Taunus Mountains/Germany (Weilbach) are investigated in this thesis. The loess sections in the Middle Rhine area including the sections at Tönchesberg, Kärlich, Ariendorf, Wannenköpfe, Dachsbusch and Jungfernweiher provided independent age control by intercalated tephra layers, so that the reliability of the new techniques could be tested. This study revealed that optically stimulated luminescence (OSL) from quartz could be used to obtain age estimates up to ~70 ka. The thermally transferred OSL (TT-OSL), which uses a transfer of charge from a trap where the signal saturates at doses more than 10 times higher than the normal OSL signal, has the potential for dating older sediments. However, the TT-OSL signal was not present in most of the loess samples from the Middle Rhine area, although the presence of this signal could be used to distinguish between different sources of loess. The results of this thesis showed that the post-IR infrared stimulated luminescence (IRSL) signal from feldspar measured at 290°C (pIRIR290) as well as pulsed post-IR IRSL signal measured at 150°C (pIRIR150) signal from feldspar have the potential to date Middle Pleistocence deposits. The pIRIR290 signal could be used to calculate age estimates up to ~300 ka, while the pulsed pIRIR150 signal provided age estimates up to ~200 ka. Anomalous fading could not be detected. The ages obtained in the previous dating studies generally underestimated the new luminescence ages in this thesis. For the Jungfernweiher it was shown that the dry maar lake was effectively filled up with sediments at ~250 ka, and there either been very little deposition since then, or younger sediments have been striped by erosion. There is a discrepancy between these results and the established stratigraphy, which could not be dissolved during this thesis. It can be concluded that the results of this thesis provide a more reliable geochronological framework for the loess/palaeosol sequences of the Vojvodina region, the Middle Rhine area and the southern foreland of the Taunus Mountains as well as for the dry maar lake Jungfernweiher. This information is required to access these sensitive terrestrial archives for getting a better understanding of local and regional environmental processes and conditions for the Middle and Late Pleistocene period in Europe.
Äolische Sedimente, wie Lösse und Seesedimente, zählen zu den am meisten gegliederten terrestrischen Klima- und Umweltarchiven. Eine der Herausforderungen der Quartärforschung ist es, diese Archive zugänglich zu machen, indem durch eine verlässliche Chronologie weitere Kenntnis über Klima- und Umweltprozesse erlangt werden kann. Dies führt zu einem besseren Verständnis des zukünftigen Klimas und ermöglicht, die Genauigkeit von Klimaprognosen zu verbessern. Die Lumineszenz ist eine der wichtigsten und am meisten verbreiteten Methoden für die Datierung von quartären Ablagerungen. Quarz und Feldspat, die als Dosimeter für äolische Sedimente verwendet werden, besitzen beide Nachteile – Quarz sättigt schon bei vergleichsweise niedrigen Dosen, während Feldspat das Phänomen des „anomalous fading“ zeigt, was zu einer oberen Datierungsgrenze von 100-150 ka und einer Altersunterbestimmung führt. Bislang war es daher nicht möglich, eine verlässliche Chronologie für mittelpleistozäne Ablagerungen zu etablieren. Diese Dissertation hat zum Ziel, das Potential von Quarz und Feldspat als Dosimeter für die Datierung mittelpleistozäner äolischer Ablagerungen herauszustellen. Neue Methoden der Lumineszenz wurden getestet, um einen verlässlicheren geochronologischen Rahmen für die äolischen Sedimente zu etablieren. Löss und Maarsedimente aus der Vojvodina Region/Serbien (Stari Slankamen), dem Mittelrheingebiet/Deutschland (Jungfernweiher) und dem südlichen Taunusvorland/Deutschland (Weilbach) wurden in dieser Dissertation untersucht. Die Lössaufschlüsse im Mittelrheingebiet (Tönchesberg, Kärlich, Ariendorf, Wannenköpfe und Dachsbusch) besitzen unabhängige Alterskontrolle durch zwischengeschaltete Tephralagen, so dass die Verlässlichkeit der neuen Methoden getestet werden konnte. Diese Studie stellte heraus, dass äolische Sedimente mit der optisch stimulierten Lumineszenz von Quarz verlässlich bis zu ~70 ka datiert werden können. Das thermisch transferierte OSL Signal von Quarz, das bei bis zu 10 mal höheren Dosen sättigt als die OSL und dadurch das Potential hat, ältere Sedimente zu datieren, war bei den meisten Lössproben aus dem Mittelrheingebiet nicht vorhanden. Das Signal konnte jedoch genutzt werden, um zwischen verschiedenen Lössherkunftsgebieten zu unterscheiden. Die Ergebnisse dieser Doktorarbeit zeigen, dass sowohl das post-IR IRSL Signal gemessen bei 290°C (pIRIR290) als auch das gepulste post-IR IRSL Signal gemessen bei 150°C (pIRIR150) von Feldspat das Potential haben mittelpleistozäne äolische Sedimente zu datieren. Mit dem pIRIR290 Signal konnten Alter bis ~300 ka bestimmt werden, mit dem gepulsten pIRIR150 Signal Alter bis ~200 ka. „Anomalous fading“ konnte nicht nachgewiesen werden. Die Ergebnisse frühere Studien unterbestimmen die Lumineszenzalter dieser Dissertation im Allgemeinen. Für das Trockenmaar Jungfernweiher konnte nachgewiesen werden, dass es vor ca. 250 ka schon mit Sedimente zugeschüttet war. Seither gab es entweder nur sehr wenig Ablagerung, oder die Sedimente wurden wieder erodiert. Zwischen diesen Ergebnissen und der etablierten Stratigraphie bleibt eine Diskrepanz, die während dieser Dissertation nicht gelöst werden konnte. Zusammenfassend kann festgestellt werden, dass die Ergebnisse dieser Doktorarbeit einen verlässlicheren geochronologischen Rahmen sowohl für die Löss-Sequenzen der Vojvodina Region, des Mittelrheingebietes und des südlichen Taunusvorlandes als auch für das Trockenmaar Jungfernweiher bereitstellen. Diese Information wird benötigt, um diese sensiblen terrestrischen Archive für ein besseres Verständnis der lokalen und regionalen Umweltprozesse und -konditionen während des Mittel- und Spätpleistozän in Europa aufzuschließen.
