Paleoenvironmental Reconstructions at the Paleoanthropological Site of Marathousa, Southern Greece: Drill Core Analysis from the Lignite Mine of Megalopolis

Abstract

The eastern Mediterranean region forms a major pathway for early hominin migrations into Europe and is therefore central to understanding hominin dispersal during the Middle Pleistocene. The discovery of a Middle Pleistocene archeological site (Marathousa-1 / MAR-1) in the Megalopolis Basin in southern Greece in 2013 provides an important new reference point within a region where sites of comparable age are exceptionally scarce. The archeological remains preserved within a well-stratified sediment succession make it essential to clarify the environmental conditions that supported occupation at the site. Its location in a climatically sensitive region, together with its formation during one of the coldest glacial stages of the Middle Pleistocene, raises important questions about local water availability, environmental dynamics, and climatic conditions encountered by early hominins. Against this background, this dissertation investigates the sedimentary record of the Megalopolis Basin to evaluate its suitability as a paleoenvironmental archive, establish a robust chronological framework for key successions, and reconstruct how environmental variability, especially changes in water availability and climate, developed through time. The first core study (P1) focuses on the outcrop at MAR-1. Multiproxy analyses show that, during MIS 12, the site underwent repeated shifts between shallow standing water, densely vegetated marsh belts, and intervals with more pronounced river input. These changes reflect fluctuations in water depth and shoreline position, driven by hydrological variability, rather than a direct response to cold versus warm climatic conditions. Although MIS 12 was one of the most severe glacials during the Middle Pleistocene, freshwater remained accessible, offering favourable conditions for fauna and hominins in particular. The subsequent studies (P2–P3) extend the reconstruction from the MAR-1 outcrop to the wider basin. Correlations between drill cores and outcrops reveal recurring shifts between river-influenced floodplain settings, marsh zones, and shallow-lake environments, shaped by variations in sediment supply, changing water availability and climatic conditions, and occasional mass-movement processes. Together with lithological and geochemical data, these results demonstrate that the environmental transitions recorded in both clastic and organic-rich units reflect locally variable responses to climate forcing rather than uniform glacial–interglacial patterns. Additionally, independent paleomagnetic analyses clarify the position of the Brunhes–Matuyama boundary within the Marathousa Member, allowing it to be integrated into a broader stratigraphic framework. The application and evaluation of different chronological approaches identified an orbitally tuned model (MUBAWA) as the most reliable for the long and sparsely dated succession, enablinging consistent correlations across the basin. The detailed paleoenvironmental reconstructions from MIS 18 to MIS 12 highlight the complexity of environmental development in the Megalopolis Basin. Local hydrology and environmental dynamics responded sensitively to climate change but did not always mirror regional Mediterranean patterns. Some intervals, such as parts of MIS 16, show expanded marsh development despite cold conditions, whereas MIS 14 reveals that environmental trends diverged between the southern and northern Balkans due to a regional climatic boundary. These findings underscore the strong role of local factors, such as water availability and catchment processes, in shaping and preserving the environmental signal. Overall, this dissertation provides a refined chronological framework and one of the most detailed Middle Pleistocene environmental reconstructions for southern Greece. By integrating multiproxy analyses with regional comparisons, it enhances understanding of environmental variability in the eastern Mediterranean and offers a new context for interpreting early hominin presence in the Megalopolis Basin during the Middle Pleistocene.

Dissertation ist gesperrt bis 27. April 2028 !

Der östliche Mittelmeerraum bildet einen zentralen Korridor für frühe Hominidenmigrationen nach Europa und ist daher entscheidend für das Verständnis der Hominiden-Ausbreitung während des Mittleren Pleistozäns. Die 2013 entdeckte archäologische Fundstätte Marathousa-1 (MAR-1) im Megalopolis Becken in Südgriechenland liefert einen wichtigen neuen Bezugspunkt in einer Region, in der Stätten vergleichbaren Alters außergewöhnlich selten sind. Die in einer klar geschichteten Sedimentabfolge erhaltenen archäologischen Überreste machen es notwendig, die Umweltbedingungen zu klären, die eine Besiedlung des Beckens ermöglichten. Ihre Lage in einer klimasensiblen Region, sowie ihre Entstehung während einer der kältesten Glaziale des Mittleren Pleistozäns, werfen zentrale Fragen zur lokalen Wasserverfügbarkeit, zur Umweltdynamik und zu den klimatischen Rahmenbedingungen auf, denen frühe Hominiden ausgesetzt waren. Vor diesem Hintergrund untersucht diese Dissertation die Sedimentaufzeichnungen des Megalopolis Beckens, um dessen Eignung als Paläoumwelt-Archiv zu bewerten, einen robusten chronologischen Rahmen für die wichtigsten Sedimentabfolgen zu erstellen und die Entwicklung von Umweltvariabilität, insbesondere in Bezug auf Wasserverfügbarkeit und Klima, im Verlauf der Zeit zu rekonstruieren. Die erste Kernstudie (P1) konzentriert sich auf den Aufschluss bei MAR-1. Multiproxy-Analysen zeigen, dass der Standort während MIS 12 wiederholt zwischen flachem, stehenden Wasser, dicht bewachsenen Sumpfzonen und Phasen mit erhöhtem Flusseinfluss wechselte. Diese Veränderungen spiegeln Schwankungen in Wassertiefe und Küstenlage wider, die durch hydrologische Variabilität verursacht wurden und nicht direkt auf kalte oder warme klimatische Bedingungen zurückzuführen sind. Obwohl MIS 12 eine der schwersten Glaziale des Mittleren Pleistozäns war, blieb Süßwasser zugänglich, wodurch günstige Lebensbedingungen insbesondere für Hominiden bestanden. Die folgenden Studien (P2–P3) erweitern die Rekonstruktion vom MAR-1-Aufschluss auf das gesamte Becken. Korrelationen zwischen Bohrkernen und Aufschlüssen zeigen wiederkehrende Wechsel zwischen flussbeeinflussten Überschwemmungsebenen, Sumpfgebieten und flachen Seen, geprägt durch Schwankungen in der Sedimentzufuhr, Änderungen der Wasserverfügbarkeit und klimatische Bedingungen, sowie gelegentlichen Massenbewegungen. Zusammen mit den lithologischen und geochemischen Daten zeigen die Ergebnisse, dass die in klastischen sowie organikreichen Einheiten dokumentierten Umweltveränderungen keine einheitlichen glazial-interglazialen Muster darstellen, sondern lokal variierende Reaktionen auf Klimafluktuationen widerspiegeln. Unabhängige paläomagnetische Analysen klären zudem die Position der Brunhes–Matuyama-Grenze innerhalb der Marathousa-Einheit, wodurch eine Integration in einen breiteren stratigraphischen Rahmen möglich wird. Die Anwendung und Bewertung verschiedener chronologischer Ansätze identifizierte ein orbital abgestimmtes Modell (MUBAWA) als die zuverlässigste Altersmodellierungsmethode für die lange und spärlich datierte Sedimentabfolge, was konsistente Korrelationen über das gesamte Becken ermöglicht. Die detaillierten Paläoumwelt-Rekonstruktionen von MIS 18 bis MIS 12 verdeutlichen die Komplexität der Umweltentwicklung im Megalopolis Becken. Lokale Hydrologie und Umweltdynamik reagierten sensibel auf Klimaveränderungen, spiegelten jedoch nicht immer die regionalen Muster im Mittelmeerraum wider. Einige Intervalle, wie Teile von MIS 16, zeigen trotz kalter Bedingungen eine ausgeprägte Sumpfentwicklung, während MIS 14 verdeutlicht, dass Umwelttrends zwischen Südgriechenland und dem nördlichen Balkan aufgrund einer regionalen Klimagrenze auseinanderliefen. Diese Befunde unterstreichen die starke Rolle lokaler Faktoren, wie Wasserverfügbarkeit und Einzugsgebietsprozesse, bei der Entstehung und Erhaltung des Umweltsignals. Insgesamt liefert diese Dissertation einen verfeinerten chronologischen Rahmen und eine der detailliertesten Umweltrekonstruktionen des Mittleren Pleistozäns für Südgriechenland. Durch die Integration von Multi-Proxy-Analysen mit regionalen Vergleichen verbessert sie das Verständnis der Umweltvariabilität im östlichen Mittelmeerraum und bietet einen neuen Kontext für die Interpretation der frühen Hominidenpräsenz im Megalopolis Becken während des Mittleren Pleistozäns.