The age of Weichselian main ice marginal positions in north-eastern Germany inferred from Optically Stimulated Luminescence (OSL) dating

Abstract

During the past 130 years, classification of the Weichselian Pleniglacial in north-eastern Germany was mainly based on morphostratigraphical interpretations. In general, three main ice marginal positions are distinguished. The ice advance to the southernmost, relatively weakly developed ice marginal position of the Brandenburg phase has traditionally been ascribed to the Last Glacial Maximum (LGM) of the Scandinavian Ice Sheet (SIS). The Frankfurt phase is usually interpreted as a halt during the downmelting of the glacier. The most prominent ice marginal position in north- eastern Germany is that of the Pomeranian phase. Owing to the absence of recent geochronological data of the Weichselian ice advances, the commonly used ages of ice marginal positions are only estimates or are based on extrapolations from 14C ages of underlying organic sediments. However, during the past few years a number of studies have been conducted to set up a chronology based on geochronometrical data. In this study fluvioglacial sediments from outwash plains associated with the Brandenburg phase and the Pomeranian phase were dated by means of Optically Stimulated Luminescence (OSL) of single aliquots and single grains of quartz. Recently, additional ages from Surface Exposure Dating (SED) of erratic boulders using cosmogenic 10Be have been published. To compare the results from these different approaches, the type and position of the sampled material within the glacial landscape system have to be considered. Consequently, different geomorphological processes are datable using either OSL or SED techniques. Therefore a process-based interpretation for numerical ages from OSL and SED in glacigenic landscapes is introduced. From the results of the OSL analyses from the Brandenburg and Pomeranian phases as well as a thorough reassessment of the available 10Be exposure ages, a synthesis was achieved in terms of ice dynamics and ice retreat patterns during Marine Isotope Stage (MIS) 2. One of the main findings is the evidence for a twofold LGM, with the older phase (LGM-1) corresponding to the Brandenburg phase, which was dated to <34 ka (maximum age), and the younger phase (LGM-2) represented by the Pomeranian phase, which was dated to 20.1 ±1.6 ka (initial formation of outwash plains) and 19.4 ±2.4 ka (final sedimentation of sandur sediments). The first Weichselian deglaciation pattern for north-eastern Germany was established, based on results from numerical dating methods, and the last glacial- interglacial cycle was dated for the first time from a terrestrial Saalian- Eemian-Weichselian sedimentary sequence in the research area.

Die im Laufe der letzten 130 Jahre entwickelte Klassifikation für das weichselzeitliche Pleniglazial in Nordost-Deutschland basierte im Wesentlichen auf morphostratigraphischen Interpretationen. Im Allgemeinen werden drei Haupteisrandlagen unterschieden. Der Eisvorstoß zur südlichsten, relativ schwach entwickelten Eisrandlage der Brandenburger Phase wurde traditionell dem Last Glacial Maximum (LGM) des Skandinavischen Eisschildes (Scandinavian Ice Sheet, SIS) zugeschrieben. Die Frankfurter Phase wird in der Regel als Eishalt im Zuge des Zurückschmelzens der Gletscher gedeutet. Die am deutlichsten ausgeprägte Eisrandlage in Nordost-Deutschland ist die der Pommerschen Phase. Aufgrund des Fehlens aktueller geochronologischer Daten für die weichselzeitlichen Eisvorstöße, sind die für den Raum gebräuchlichen Altersangaben nur Schätzungen oder basieren auf Extrapolation von 14C Altern liegender organischer Sedimente. Im Laufe der letzten Jahre wurden jedoch mehrere Studien mit dem Ziel durchgeführt, eine Chronologie basierend auf geochronometrischen Daten zu entwickeln. Im Rahmen dieser Studie wurden glazifluviatile Sedimente von Sanderflächen der Brandenburger und der Pommerschen Eisrandlage mit Hilfe von Optisch Stimulierter Lumineszenz (OSL) an Aliquoten und Einzelkörnern aus Quarz datiert. Kürzlich wurden zusätzliche, auf Oberflächen-Expositionsdatierungen (Surface Exposure Dating, SED) mit Hilfe von kosmogenem 10Be basierende Alter veröffentlicht. Um die Vergleichbarkeit der mit Hilfe dieser unterschiedlichen Verfahren gewonnenen Erkenntnisse zu gewährleisten, ist es notwendig, die Art und Lage des beprobten Materials im Kontext des glazialen Landschaftssystems zu berücksichtigen. Folglich können mit Hilfe von OSL- und SED-Verfahren unterschiedliche geomorphologische Prozesse datiert werden. Dementsprechend wurde ein prozessbasiertes Interpretationsverfahren für OSL- und SED-basierte, numerischer Alter in glazialen Landschaftssystemen entwickelt. Basierend auf den Ergebnissen der OSL-Datierungen der Brandenburger und der Pommerschen Phase, sowie einer grundlegenden Neuinterpretation verfügbarer 10Be-Alter, konnte eine Synthese in Bezug auf das Rückschmelzverhalten und die Eisdynamik im Marinen Isotopenstadium (MIS) 2 erzielt werden. Eine der wesentlichen Erkenntnisse ist der Nachweis eines zweifachen LGM. Die ältere Phase (LGM-1) entspricht der Brandenburger Phase, die auf <34 ka (Maximalalter) datiert wurde. Die jüngere Phase (LGM-2) entspricht der Pommerschen Phase, die auf 20.1 ±1.6 ka (initiale Bildung von Sanderflächen) bis 19.4 ±2.4 ka (letztmalige Sedimentation auf den Sanderflächen) datiert wurde. Zusätzlich zur Einführung einer ersten Chronologie des weichselzeitlichen Eisrückzuges auf der Grundlage von numerischen Datierungsmethoden wurde im Untersuchungsgebiet erstmals der letzte Glazial-Interglazial-Zyklus an einer terrestrischen Sedimentabfolge, die saalezeitliche, eemzeitliche und weichselzeitliche Sedimente umfasst, datiert.