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In weiten Teilen zentraleuropäischer Mittelgebirge wird das anstehende Gestein durch periglaziäre Lagen verhüllt. Diese polygenetisch entwickelten Lockergesteinsdecken sind Schichten im geologisch-sedimentologischen Sinne und das Ausgangsmaterial der Bodenbildung. Ihre Substrateigenschaften, die durch pedogenetische Prozesse lediglich modifiziert werden, beeinflussen maßgeblich die ökologischen Standortbedingungen. Bisher waren nur sehr wenige Informationen zum Aufbau des oberflächennahen Untergrundes und der Böden des hessischen Spessarts vorhanden. Deswegen wurden im Rahmen dieser Arbeit in fünf Untersuchungsgebieten die Verbreitung und Eigenschaften der periglaziären Lagen und Böden mit Hilfe von umfangreichen Geländeuntersuchungen, Laboranalysen und mikromorphologischen Analysen erfasst. Die Ergebnisse belegen die Koppelung verschiedener Bodentypen mit bestimmten Schichtungskombinationen periglaziärer Lagen. Mit Hilfe von Dünnschliffanalysen wird die Wirksamkeit unterschiedlicher bodenbildender Prozesse in den Substraten näher beleuchtet. In lösslehmreichen, lithologisch dreigeteilten Lockergesteinsdecken sind Parabraunerden entwickelt. Die Untersuchung der Bodendünnschliffe offenbart jedoch, dass ein Teil der Tongehaltsdifferenz auf Sedimenteigenschaften der Deckschichten zurückzuführen ist: In der Mittellage finden sich Reste einer Paläobodenbildung in Form von Toncutanbruchstücken und tonigen Aggregaten. Teilweise wurde dieses Material auch bei der Formung der Hauptlage aufgearbeitet und als tonige Aggregate in die schluffige Matrix inkorporiert. Rezente Lessivierungsprozesse maskieren lediglich den schichtungsbedingten Tongehaltsunterschied und damit auch den Einfluss der Paläobodenreste auf die heutige Profilgestalt. In den höher gelegenen Gebieten des Gebirges stellen Braunerden aus Hauptlage über Basislage den am weitesten verbreiteten Bodentyp. Der Lösslehmanteil in der Hauptlage ist gegenüber den Profilen am Westrand des Spessarts deutlich geringer, lösslehmreiche Mittellagen kommen kaum vor. Mikromorphologische Analysen bestätigen Geländebefunde, nach denen sich die Verbraunung auf die lösslehmhaltigen Sedimente (Hauptlage, in die Basislage eingemischtes Hauptlagenmaterial) beschränkt. Lessivierungsprozesse dagegen sind nicht an bestimmte Schichten oder Substrate gebunden: Toneinspülungen sind in allen periglaziären Lagen nachweisbar und die Verlagerung findet schichtübergreifend statt. Sehr viele Bodenprofile zeigen Podsolierungstendenzen, trotzdem bleibt der Braunerdecharakter der Profile bestimmend. Stärkere Podsolierung beschränkt sich auf durch den Menschen in der Vergangenheit stark veränderte Substrate. Weitere Fragestellungen für die Dünnschliffuntersuchungen waren die qualitative Bewertung der Überformungsintensität periglaziärer Lagen durch bioturbate Prozesse sowie die Identifikation von Solumsedimenten, die granulometrisch kaum vom liegenden Hauptlagenmaterial zu unterscheiden sind.
Im Vordergrund dieser Dissertation steht die Methode der Mikromorphologie, die verknüpft mit weiteren bodenkundlichen Analysen sowohl bodenkundliche Fragen, als auch siedlungsfunktionale Fragen beantworten kann. Die Methode dient also ideal der Verknüpfung von Bodenkunde und Archäologie. Der Begriff Archäopedologie beschreibt genau diese Verknüpfung – die Anwendung bodenkundlicher Methoden zur Bearbeitung archäologischer Fragestellungen. Inhalt des ersten Themenschwerpunktes dieser Arbeit ist der Vergleich von Böden und Sedimenten des Tells Chuera und seiner Umgebung. Ziel war es, die Böden hinsichtlich verschiedener Ausgangssubstrate, unterschiedlicher Entwicklungsdauer und Reliefpositionen miteinander zu vergleichen. Es konnte nachgewiesen werden, dass die Böden des Untersuchungsgebietes sich in Bezug auf ihre unterschiedlichen Substrate unterscheiden lassen. Auf den natürlichen Substraten des Waditals, den Hochflutsedimenten des Wadis Chuera, können ausschließlich haplic Calcisols ausgewiesen werden. Diese Böden sind durch einen Kalkanreicherungshorizont im Unterboden gekennzeichnet. In den anthropogen beeinflussten Substraten des Tells können ebenso vornehmlich Calcisols beschrieben werden. Diesen Böden wird ein technic vorangestellt, da sie sich in technogenen Substraten, wie z.B. Lehmziegelmaterial entwickelt haben. Geht der auf dem Tell als Konstruktionsmaterial verwendete Gips in die Bodengenese ein, werden Gypsisols gebildet. In allen untersuchten Böden sind dieselben pedogenen Prozesse wirksam: Bioturbation, Kalktranslokation und Gefügebildung. Eine Unterscheidung hinsichtlich ihrer Entwicklungszeiträume kann nicht getroffen werden. Sowohl auf dem Siedlungshügel, auf dem die Bodenentwicklung in dem Siedlungshiatus von 600 Jahren und nach der Aufgabe der Siedlung untersucht werden konnte, wie auch in der Umgebung, laufen unabhängig vom Zeitfenster dieselben Prozesse ab. Die Böden weisen keine bedeutenden pedogenetischen Unterschiede auf, die gravierende ökologisch-klimatische Veränderungen anzeigen und somit die Aufgabe der Siedlung erklären könnten. Der zweite Teil der Dissertation widmet sich der mikromorphologischen Analyse von Siedlungsresten. Kulturschichten ausgewählter Standorte (Oberstadt, Unterstadt, Straßen, Räume) wurden hinsichtlich ihrer Nutzung untersucht. Anhand von Dünnschliffanalysen konnten innerhalb der beprobten Areale verschiedene Bereiche klar abgegrenzt werden. So deuten Phytolithschichten innerhalb eines Gebäudes auf Pflanzenmatten hin, die typischerweise in Ruhe- oder Essensbereichen als Bodenbelag dienten. Darüber hinaus konnten auch Hinweise auf den Aufenthalt von Tieren in der Siedlung gefunden werden. Dies war durch den Nachweis von Dungresten und zahlreichen fäkalen Sphäruliten, die Schafen oder Ziegen zuzuordnen sind, möglich. Ob die Tiere in direkter Nachbarschaft zu den Menschen lebten, konnte bislang noch nicht geklärt werden. Gesichert ist, dass Tier und Mensch gemeinsam die Straßen und Gassen von Tell Chuera genutzt haben.
Im Rahmen dieser Dissertation wurde die spätpleistozäne und holozäne Landschaftsentwicklung im Umfeld der im Tal des Wadis Chuera in Nordsyrien liegenden bronzezeitlichen Siedlung Tell Chuera untersucht. Durch die Kombination von hochgenauen Vermessungen, Satellitenbildauswertungen und Untersuchungen der Wadisedimente konnten mehrere flussgeschichtliche Entwicklungsphasen erarbeitet und in einen chronostratigraphischen Rahmen eingeordnet werden. Über ein grobsandig-kiesiges System eines verzweigten Flusses wurden mindestens bis ins Obere Pleistozän mächtige Kieslagen im Untersuchungsgebiet sedimentiert. Innerhalb einer fossilen Rinne abgelagerte lössähnliche Sedimente, welche die Kiesfolgen partiell überlagern, konnten relativchronologisch ins Obere Pleistozän gestellt werden und dokumentieren vermutlich eine trockene Phase. Durch die mit scharfer Diskordanz über den Kiesen abgelagerten pelitischen Hochflutsedimente wird ein abrupter flussdynamischer Umbruch von dem eines ursprünglich verzweigten Flusses zu dem eines mäandrierenden Flusses mit Hochflutsedimentation nachgewiesen. IRSL-Datierungen stellen den Beginn der Ablagerung der Hochflutsedimente ins letzte Glazial. Der größte Teil der Sedimente wurde jedoch im frühen und mittleren Holozän (ca. 9 und 5 kaBP) abgelagert, so dass zu Beginn der Hauptsiedlungsphase am Tell Chuera (3. Jahrtausend v.Chr.) die Oberfläche der Überschwemmungsebene ihr heutiges Niveau nahezu erreicht hatte. Bis dahin führten großflächige Überschwemmungen zur Hochflutsedimentation in der Aue. Ein erneuter Wechsel der fluvialen Geomorphodynamik und der Sedimentationsverhältnisse zeigt sich darin, dass die letzten ca. 5000 Jahre keine nennenswerte Sedimentation in der Hochflutebene zu verzeichnen war. Es kam zu einer bis heute stattfindenden, lateralen Verlagerung der Mäander des Wadis und damit der Aufarbeitung von Teilen der Kiese und Hochflutsedimente. Siedlungsspuren im Wadiverlauf weisen auf eine Periodizität des Abflusses des Wadis Chuera zwischen etwa 4.7 und 4.2 kaBP hin. Die Theorie einer verstärkten Akkumulation von Kolluvien der Rahmenhöhen im Wadital als direkte Folge eines steigenden Siedlungsdrucks während der Hauptsiedlungsphase konnte widerlegt werden. Vielmehr handelt es sich bei den vermeintlichen Kolluvien um fluvial aufgearbeitete Hochflutsedimente. Anthropogene Eingriffe in den Landschaftshaushalt lassen sich in Form von Kalkkrustensteinbrüchen und einem komplexen Wegenetz nachweisen.
Die Studie befasst sich mit Formenschatz, Sedimenten und Böden des Komadugu-Flusssystems. Neben einer grundsätzlichen Inventarisierung des bislang kaum erforschten Landschaftskomplexes lag der Schwerpunkt auf der Rekonstruktion von Systemveränderungen im Kontext des spätquartären Klimawandels. So sind die schmalen rezenten Auen teilweise in eine weitgespannte reliktische Überschwemmungsebene eingeschnitten, die möglicherweise synchron zu ehemaligen früh- bis mittelholozänen Tschadsee-Maxima bei Rückstau der Flüsse außerhalb der prominenten Bama-Beach-Ridge-Begrenzung entstand. Während die rezente Aue ein deutlich ausgeprägtes Mäandersystem aufweist, liegen in der Paläoschwemmebene komplexere fluviodeltaische Strukturen mit fließenden Übergängen der klassischen Gerinnebettmuster vor, deren häufige sprunghafte Verlagerung unter Ausräumung und Wiederverfüllung sich auch in der fluvialen Architektur des älteren Alluviums widerspiegelt. Bei Korngrößenanalysen ergab sich eine generelle Dominanz gut sortierter, feinsandiger Substrate. Darüber hinaus reflektieren die rezenten Alluvionen mit schluffigen Hochflut-, feinsandigen Uferbank- und mittel- bis grobsandigen Flussbettsedimentabfolgen sowie feinsandigen bis tonigen Gerinnefüllungen an Altarm-Standorten die fraktionierte Sedimentation in der modernen Aue. Demgegenüber sind die gradierten, feinsandigen Gerinnebett- und gerinnebettnahen Ablagerungen der Terrasse mit ihren äolisch überprägten Tops recht uniform ausgeprägt. Es zeichnen sich jedoch bestimmte Körnungsprovinzen ab, indem im Westen vor allem Feinstsande und Grobschluffe, in östlicher Richtung dann zunehmend sehr gut sortierte grobe Feinsande vertreten sind, wobei letztere aufgearbeitete lokale Dünensande repräsentieren. Der enge genetische Zusammenhang zeigt sich auch in Kornformen, Oberflächenbeschaffenheit und Schwermineralbestand der Sande, die von einer generellen Überlagerung der Transportmechanismen und polyzyklischen Aufarbeitung künden. Die Klimaxböden der östlichen Terrasse stellen offenbar luvic Arenosols/weakly leached ferruginous tropical soils dar, wenngleich aufgrund jüngerer Translokationsprozesse, ebenso wie im Westteil, lithomorphe Braunerden vorherrschen. Die Mehrzahl der durchgeführten OSL-Datierungen weist auf die Sedimentation des älteren Alluviums zur Wende des Pleistozäns zum Holozän hin. Sie markiert den geomorphologisch besonders aktiven Umbruch von ariden zu humiden Bedingungen, der im Einzugsgebiet des Komadugu spätestens gegen 12,5 ka erfolgte. Damit steht das fluviale Verhalten im ehemaligen Unterlaufbereich des Yobe-Systems in einem klaren Gegensatz zu einem für den trockenzeitlich-feuchtzeitlichen Übergang oftmals diagnostizierbaren morphodynamischen Wandel von instabilen zu stabilen Verhältnissen. Die zahlreichen wenig festgelegten Paläofließrinnen und feinsanddominierte Lithofazies als mutmaßliches Resultat einer durch Schichtfluten ausgelösten Dünenpediplanation künden von einem schwankendem, teilweise hoch energetischen Abflussverhalten, wie es am ehesten unter einem längerfristig wechselfeuchten Klimaregime vorgeherrscht haben könnte. Demgegenüber war die fluviale Formung zur Zeit der vollhumiden Maxima des Früh- und Mittelholozäns stark eingeschränkt, wobei es weder zu einer großflächigeren Sedimentation quasi-lagunaler Fazies noch zu kräftigeren Bodenbildungen kam. Die Einschneidung der rezenten Aue fand schließlich im Anschluss an das mittelholozäne Optimum bei Einsatz einer fortschreitenden Aridisierung statt.
Die folgende Arbeit ist eine von drei Dissertationen des interdisziplinären Forschungsvorhabens „Landschaftsarchäologie im Hessischen Ried“, das im Rahmen des Frankfurter Graduiertenkollegs „Archäologische Analytik“ stattfand. Das Projekt bestand aus einer archäologisch-historischen (MAURER 2003), einer bodenkundlichen (KANNENGIEßER Diss. in Arbeit) sowie dieser palynologischen Dissertation. Gemeinsam beschäftigen sich diese Arbeiten mit der Landschaftsrekonstruktion des nördlichen Hessischen Rieds. Die palynologischen Untersuchungen hatten das Ziel, die bisher weitgehend unbekannte ‚jüngere’ Vegetationsgeschichte von der vorrömischen Eisenzeit bis etwa zum 5. Jh. n. Chr. zu rekonstruieren. Zwischen der Eisenzeit und dem Frühmittelalter gab es im Hessischen Ried mehrere kulturelle Umbrüche. In der Spätlatènezeit siedelte eine keltische Bevölkerungsgruppe im nördlichen Hessischen Ried. Deren Spur verliert sich aber im 1. Jh. v. Chr. Erst nach einer ‚Fundlücke’ von etwa 50 Jahren findet man schließlich Überreste eine elbgermanische Population (LENZ-BERNHARD & BERNHARD 1991). Über Lebensweise und Anzahl dieser germanischen Bevölkerung wissen wir fast nichts. Zumindest ein Teil von ihnen aber diente im römischen Heer. Etwa ab dem Jahr 13/12 v. Chr. in augusteischer Zeit stand das Ried unter dem Einfluss des seitdem am Rhein stationierten römischen Militärs (MAURER 2003). Im Zuge der Okkupation kamen römische Soldaten mitsamt ihrem Tross von Angehörigen und Marketendern an den Rhein. Da sehr wenig über die zuvor ansässige Bevölkerung bekannt ist, ist es unklar, wie sich die Bevölkerungsstärke und damit der Bedarf an landwirtschaftlicher Nutzfläche während dieser Zeit veränderte. In der mittleren Kaiserzeit (ca. 70–260 n. Chr.) bildete das Hessische Ried das südöstliche Vorfeld der Provinzhauptstadt Mogontiacum (Mainz) bzw. das Umland des Auxiliarkastells/Zivilvicus Groß-Gerau-„Auf Esch“. In die sog. „agri decumates“ rechts des Rheins (Tacitus, GERMANIA 29, 3) gesellten sich nach und nach noch gallische Siedler zur römischen Bevölkerung. Es ist zu erwarten, dass sich die kulturellen Umbrüche dieser Zeit auch im Landschaftsbild widerspiegelten. Beispielsweise werden vielerorts den Römern die ersten großflächigen Waldrodungen und Raubbau an der Landschaft zugeschrieben (BEHRE 1988, CÜPPERS 1990, DUMAYNE 1993). In den letzten Jahren mehren sich allerdings die Indizien dafür, dass zumindest in einigen Gebieten einschneidende Landschaftseingriffe bereits in der Eisenzeit stattgefunden haben und die Landschaft bei Ankunft der Römer schon weitgehend entwaldet und anthropogen geprägt war (BUNNIK et al. 1995, STOBBE 1996, 2000, STOBBE & KALIS 2001, 2002, DÖRFLER et al. 2000, KOOISTRA 1996, DUMAYNE 1993, DUMAYNE-PEATY 1998). Auch für das nördliche Hessische Ried bestätigt die vorliegende Arbeit dieses Bild. Schon in der Eisenzeit entstand im Hessischen Ried eine weitgehend geöffnete Landschaft mit Grünlandflächen und Äckern. Die Vegetationsveränderungen beim Übergang von der Bronzezeit zur Eisenzeit (um 800 BC) sind dabei weit deutlicher als beim Übergang von der Eisenzeit zur Römischen Kaiserzeit. In der Römerzeit wurde zwar der Ackerbau intensiviert und einige typische Kulturpflanzen wurden eingeführt, doch das restliche Pollenspektrum verändert sich kaum. Beim Rückzug der römischen Armee vom Odenwaldlimes kam es zu einer leichten Regeneration der Buche im Umland. Während der Völkerwanderungszeit sieht man in den Profilen keine deutliche Waldregeneration, sondern nur einen leichten Rückgang der Bewirtschaftung.
Beiträge zur spät- und postglazialen Fluß- und Landschaftsgeschichte im nördlichen Oberrheingraben
(2005)
Die spät- und postglaziale Fluß- und Landschaftsgeschichte im nördlichen Oberrheingraben ist durch einen mehrmaligen Wandel der fluvialen Geomorphodynamik gekennzeichnet. Im Rahmen dieser Studie waren unterschiedliche Entwicklungsphasen der Landschaft mit Hilfe verschiedener Methoden (14C-AMS, IR-OSL, Pollen- und Schwermineralanalysen) erstmals präziser zu datieren. Ab dem Spätglazial entwickelte der nördliche Oberrhein drei Mäandergenerationen. Die Entstehung der Älteren Mäandergeneration setzte vor dem Spät-Allerød ein und dauerte bis in das Atlantikum an, ehe im späten Atlantikum ein flußdynamischer Umbruch die Bildung der Mittleren Mäandergeneration einleitete. Damit begann eine Phase mit vorwiegend toniger Auensedimentation („Schwarze Tone“). Es ist nicht auszuschließen, daß dieses Geschehen teilweise durch die Effekte neolithischer Landnutzung beeinflußt war. Auch der Umbruch zur Jüngsten Mäandergeneration im Übergang vom Subboreal zum Subatlantikum war sicherlich nicht rein klimatisch gesteuert. Wahrscheinlich ist das nun wieder stärker furkativ geprägte Fließmuster und die einhergehende Vergröberung der Auenfazies auf die Überlagerung von natürlichen Abläufen mit anthropogenen Beeinflussungen zurückzuführen. Dafür spricht, daß die Landschaft während der Eisen- und der Römerzeit weitgehend entwaldet war. Die parallel dazu durchgeführten Untersuchungen am spätglazialen Bergstraßen-Neckar erlauben die zeitliche Trennung eines älteren Mäanderkurses, der in der Jüngeren Dryas verlandete, von einem jungdryaszeitlichen Verlauf. In der Paläorinne dieses jüngsten Laufes setzte im frühen Präboreal das Wachstum von Niedermootorfen ein. Das dokumentiert, daß der Bergstraßen-Neckar spätestens im beginnenden Holozän vollständig deaktiviert war. Die Abschnürung des Bergstraßenlaufes erfolgte vermutlich im Anschluß an die letzte würmzeitliche Flugsandphase, die nach schwermineralogischen und tephrostratigraphischen Befunden im Untersuchungsgebiet in die Jüngere Dryas zu stellen ist. Dabei wurde das auf der Oberen Niederterrasse existierende, endpleni- bis frühspätglaziale, zwischenzeitlich vom Bergstraßen-Neckar teilweise fluvial umgelagerte, ältere Dünenrelief überweht, während auf der Unteren Niederterrasse lokale Dünenvorkommen entstanden. Möglicherweise dauerte die Flugsandbildung örtlich bis in das früheste Präboreal an, bevor in den späteren Zeiten des Holozän ein anthropogen induziertes Aufleben der Flugsandaktivität zu beobachten ist.
Calcium-deficiency rickets (CDR) is a metabolic bone disease in children that is characterized by impaired mineralization and severe bone deformities. As CDR is often an endemic phenomenon that is almost exclusively restricted to tropical areas, environmental conditions are currently considered to be a possible predisposing factor for the CDR. Apart from a lack of macronutrients and micronutrients, an oversupply of potentially toxic elements (PTEs) in the soil-plant pathway of the CDR areas is thought to be involved in the aetiology of CDR. This study is the first to comprehensively analyze the impact of the environment on Ca deficiency and the resulting CDR.
To analyze the impact of the environment on CDR in developing countries, a rural region near Kaduna City, northern Nigeria, was chosen as a study area. From this area, cases of CDR have been reported since the early 2000s with a prevalence rate of 5%. Within this study area, 11 study sites, including areas with a high CDR prevalence (HR), a low CDR prevalence (LR) and no CDR prevalence (NR), were visited. In these HR, LR and NR study sites, the bedrock was investigated and the types of parent materials were identified. Local farmers were interviewed to determine the type and intensity of the land use. The soil types were determined along toposequences. The soil textures as well as the clay mineral fractions were determined. The pH values were measured, and the contents of organic carbon (OC) were determined. The potential cation-exchange capacity (CECpot) and the base saturation (BS) were analyzed. Furthermore, the total and plant-available macronutrient, micronutrient and PTE concentrations were measured in the soils. The drinking water was analyzed for pH values and the concentrations of Ca, Se and F were measured. The maize was analyzed for the Ca, Mg, K and P, Se and phytic acid (PA) contents.
The field and laboratory analyses on the bedrock showed that the HR, LR and NR study sites near Kaduna City, northern Nigeria, were underlain by Older Granites. A direct link between the distribution of the bedrock, the parent materials and the prevalence of CDR was not found. Interviews with the local farmers showed that the land use in the Kaduna study area is dominated by the cultivation of cash crops and food crops. Field analyzes on the soil types in the Kaduna study area showed that the distribution of the soil types is highly dependent on the topography and the distribution of the parent materials. In near vicinity to the inselbergs, Lixisols had developed on grus slope deposits. In the lower pediment and plain positions, Acrisols had developed on grus slope deposits and pisolite slope deposits. In the upper plains, Plinthosols had developed on pisolite slope deposits and in the river valleys, Fluvisols had developed on river deposits. Such soil types and soil type distributions are typical for granite-underlain areas in the northern guinea savanna of West Africa. Similarly, the physical soil conditions were representative for the soils of the northern guinea savanna: sandy topsoils, clayey subsoils and relatively high contents of kaolinite clay minerals in the clay fractions. With regard to the geochemical composition, no significant difference was found between the soils of the Kaduna study area and the soils of other granite-underlain areas in West Africa. Only the concentrations of P were considerably low in the soils of the Kaduna study area. However, P deficiency is a typical phenomenon in West African savanna soils and is not restricted to CDR areas. The micronutrient concentrations in the soils were low, but not critically low. Laboratory analyses on the amounts of PTEs showed that compared to worldwide background levels and international critical limits the PTE concentrations were very low in the soils of the Kaduna study area. In the drinking water, neither a significant lack of macronutrients and micronutrients, nor a noticeable oversupply of PTEs was found. The maize in the HR, LR and NR study sites contained normal contents of Mg, K and P, low contents of Ca and Se as well as slightly elevated concentrations of PA compared to West African food composition tables. Comparisons between the mineral contents of traditional and modern maize cultivars showed that the traditional maize cultivars contained significantly higher contents of Ca and noticeably lower concentrations of PA than the modern maize cultivars.
A direct link between the environmental conditions and the CDR in the Kaduna study area was considered unlikely, as neither a statistically significant lack of macronutrients and micronutrients, nor a statistically significant oversupply of PTEs was found in the environment of this area. Instead, the results indicated that the nutrition rather than the environmental conditions that impacts the prevalence of CDR.
