Weichselian phases and ice dynamics of the Scandinavian Ice Sheet in Northeast Germany: A reassessment based on geochronological and geomorphological investigations in Brandenburg

Abstract

The glacial formation of the young morainic landscape of northeast Germany has been investigated for more than 100 years. Different Weichselian advances of the Scandinavian Ice Sheet into northeast Germany were differentiated on basis of morphological and sedimentological findings. The chronology of the different phases was mostly based on long-distance correlations of radiocarbon ages or estimates. In recent years, a number of studies have shown that these traditional models require revision. Modern dating methods allow for direct dating of glaciofluvial or glacigenic deposits and high resolution digital elevation models reveal morphological details of the glacial landscape, which give new insights in the dynamics of the inland ice. In this study, Optically Stimulated Luminescence (OSL) dating was applied to determine depositional ages of glaciofluvial sediments belonging to the Weichselian Brandenburg and Frankfurt phases at study sites in Brandenburg. The ice advance during the Brandenburg phase was dated to 34.1 ± 4.6 ka. The formation of the Brandenburg ice marginal position was dated to 30 ± 4 ka. For the first time the Frankfurt phase, the succeeding meltdown phase, was dated to 26.3 ± 3.7 ka. A landscape stabilization phase, as indicated by recalibrated exposure ages of glacigenic boulders, set in at around 24 ± 2 ka in middle Brandenburg. A phase of aeolian activity, possibly triggered by medieval human activity, was dated to ~1 ka. Previously published cosmogenic exposure ages from erratic boulders were recalculated with an up-to-date 10Be production rate, which significantly increased the ages. After recalculation, the cosmogenic exposure and OSL ages provide a consistent geochronological data base, which confirms a two-fold last glacial maximum in Brandenburg. The largest Weichselian ice-extent occurred during the Brandenburg phase in late marine isotope stage 3. This advance correlates with the Klintholm advance in Denmark and possibly an advance in middle Poland. At the time of the global last glacial maximum, the Pomeranian ice marginal position was formed (~20 ka). The Barnim plateau, a till plain of the Brandenburg young morainic landscape, was reassessed concerning its glacial geomorphology. A qualitative geomorphological analysis of a laser scan digital elevation model revealed a succession of parallel, arcuate ridges in the middle Barnim region. According to outcrop studies and geophysical investigations, they consist of fine-grained, diamictic material. Their lengths vary up to 15 km and their widths are up to 1.5 km. They are interpreted as ice marginal fans, which were formed during the Frankfurt phase (the downwasting phase after the Brandenburg phase) around 26.3 ± 3.7 ka by an oscillation of the ice margin.

Die glaziale Entstehungsgeschichte der nordostdeutschen Jungmoränenlandschaft wird seit über 100 Jahren erforscht. Mehrere weichselzeitliche Vorstöße des Skandinavischen Inlandeises nach Nordostdeutschland konnten anhand von morphologischen und sedimentologischen Befunden nachgewiesen werden. Die Zeitstellung der verschiedenen Phasen beruhte hauptsächlich auf Verknüpfungen von entfernten Radiokohlenstoffaltern oder Schätzungen. In den letzten Jahren haben Studien gezeigt, dass die traditionellen Modelle revisionsbedürftig sind. Moderne Datierungsmethoden ermöglichen das direkte Datieren glazifluvialer oder glazigener Ablagerungen und mithilfe hochaufgelöster digitaler Geländemodelle können bisher unerkannte Glazialformen detektiert werden, die neue Einblicke in die Dynamik der Inlandvereisungen geben. Im Rahmen dieser Arbeit wurden mittels Optisch Stimulierter Lumineszenz (OSL) Ablagerungsalter von glazifluvialen Sedimenten ermittelt, die den weichselzeitlichen Brandenburg- und Frankfurt-Phasen angehören. Der Eisvorstoß während der Brandenburg-Phase wurde auf 34.1 ± 4.6 ka datiert. Die Bildung der Brandenburger Randlage wurde auf 30 ± 4 ka datiert. Erstmalig wurde die Frankfurt-Phase, die anschließende Niederschmelzphase, auf 26.3 ± 3.7 ka datiert. Eine Phase der Landschaftsstabilisierung setzte ab 24 ± 2 ka im mittleren Brandenburg ein, was aus rekalibrierten Oberflächenexpositionsaltern von Findlingen hervorgeht. Eine Phase äolischer Aktivität, möglicherweise ausgelöst durch mittelalterlichen menschlichen Einfluss, wurde auf ~1 ka datiert. Bereits veröffentlichte Oberflächenexpositionsalter erratischer Blöcke wurden mit einer modernen 10Be-Produktionsrate neu berechnet, was zu einer signifikanten Erhöhung der Alter führte. Mit der Neuberechnung ergeben beide Methoden eine solide geochronologische Basis, die bestätigt, dass das letztglaziale Maximum in Brandenburg zweigeteilt war. Die größte weichselzeitliche Eisausdehnung fand in der Brandenburg-Phase im späten marinen Isotopenstadium 3 statt. Dieser Vorstoß korreliert zeitlich mit dem Klintholm-Vorstoß in Dänemark und einem möglichen Eisvorstoß im mittleren Polen. Zur Zeit des globalen letztglazialen Maximums wurde die Pommersche Eisrandlage gebildet (~20 ka). Das Barnimplateau, eine Grundmoränenplatte der Brandenburgischen Jungmoränenlandschaft, wurde hinsichtlich seiner glazialen Landformen neu untersucht. Durch eine qualitative geomorphologische Analyse eines hochaufgelösten laserscanbasierten digitalen Geländemodells wurde eine Abfolge von parallelen, bogenförmigen Rückenstrukturen im Bereich des mittleren Barnim detektiert. Aufschlussstudien und geophysikalische Untersuchungen ergaben, dass die Rücken aus feinkörnigem, diamiktischem Material bestehen. Ihre Längenausdehnung beträgt bis zu 15 km und ihre Breite bis zu 1.5 km. Die Rücken werden genetisch als „eisrandliche Fächer“ (ice marginal fans) interpretiert, deren Anlage durch eine Oszillation des Eisrandes während des Niederschmelzens des Eises während der Frankfurt Phase um 26.3 ± 3.7 ka einzuordnen ist.