Universität zu Köln

The sediment record of Lake Ohrid (Albania/Macedonia) � new methodological approaches, tephrostratigraphy, chronology, and inferences of past climatic and environmental changes

Vogel, Hendrik (2009) The sediment record of Lake Ohrid (Albania/Macedonia) � new methodological approaches, tephrostratigraphy, chronology, and inferences of past climatic and environmental changes. PhD thesis, Universität zu Köln.

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    Abstract

    This thesis had two primary objectives: One objective was to explore and develop applications of Fourier transform infrared spectroscopy (FTIRS) for the quantification of biogeochemical properties in lake sediment; the other objective was to assess the Lake Ohrid (Albania/Macedonia) sediment record with an emphasis on tephrostratigraphy and inferences of climatic and environmental changes using a 15 m long sediment succession (core Co1202) from the north-eastern part of the lake. Studies presented in this thesis were conducted within the scope of an envisaged deep drilling campaign at Lake Ohrid and therefore represent important preliminary studies. FTIR spectra of lacustrine sediment samples were calibrated to infer concentrations of total organic carbon (TOC), total inorganic carbon (TIC), total nitrogen (TN), and biogenic silica (BSi). To test the applicability of the FTIRS technique, site-specific FTIRS calibrations and FTIRS calibrations based on a surface sediment dataset from 94 northern Swedish lakes were constructed. Both approaches demonstrated significant correlations between FTIRS-inferred and conventionally assessed biogeochemical property concentrations, ranging between R2 = 0.79 � 0.99 for TOC, R2 = 0.85 � 0.99 for TIC, R2 = 0.62 � 0.84 for TN, and R2 = 0.68 � 0.94 for BSi. These results, in combination with the small amount of sample material (0.01 g) required, negligible sample pre-treatments, and low costs of analysis, show that FTIRS is a promising analytical alternative to infer biogeochemical properties, especially when large sample quantities need to be analysed. The finding of ten tephra and cryptotephra layers throughout the Co1202 sediment succession and their correlation with explosive eruptions of Italian volcanoes provided new data on the dispersal of ash originating from these eruptions. The relatively well-known ages of these tephra and cryptotephra layers combined with seven radiocarbon dates, enabled a chronological framework for core Co1202 to be established. Based on these chronological constrains, the Co1202 succession covers the last glacial-interglacial cycle back to 136 ka, except for a hiatus between 97.6 and 81.7 ka. Assessment of climatic and environmental changes using lithological, sedimentological, geochemical, and physical indicators revealed that Lake Ohrid´s sediments sensitively recorded both long- and short-term climatic fluctuations over the past 136 kyrs. Despite some minor discrepancies, the climate fluctuations documented in the Lake Ohrid sediment record are well correlated with other climate records in the wider Mediterranean region. These studies emphasise the potential of Lake Ohrid as a valuable archive of dispersed volcanic products from Italian volcanoes and for climatic and environmental changes in the northern-central Mediterranean region.

    Item Type: Thesis (PhD thesis)
    Translated abstract:
    AbstractLanguage
    Die vorliegende Arbeit hatte zwei Hauptzielsetzungen: Die erste befasste sich mit der Untersuchung und Entwicklung von Anwendungen, basierend auf der Fourier-Transfomation Infrarot Spektroskopie (FTIRS) zur Quantifizierung von biogeochemischen Bestandteilen in Seesedimenten. Die zweite Zielsetzung befasste sich mit den Sedimenten des Ohridsees (Albanien/Mazedonien). Der Schwerpunkt lag hierbei auf der Tephrostratigraphie und Abschätzungen bezüglich der Klima und Umweltgeschichte unter zu Hilfenahme einer ca. 15 m langen Sedimentsequenz aus dem nordöstlichen Bereich des Sees. Die in der Arbeit vorgestellten Untersuchungen dienten als wichtige Vorstudie für eine vorgesehene Tiefbohrung am Ohridsee. FTIR Spektreninformationen von Seesedimentproben wurden für die Messung von organischem Gesamtkohlenstoff (TOC), anorganischem Gesamtkohlenstoff (TIC), Gesamtstickstoff (TN) und biogenem Silikat (BSi) kalibriert. Für eine kritische Abschätzung der Anwendbarkeit von FTIRS wurden standortspezifische FTIRS Kalibrierungen und FTIRS Kalibrierungen die auf einem Oberflächensedimentprobensatz von 94 nordschwedischen Seen basieren, entwickelt und erprobt. Beide Ansätze lieferten überzeugende Korrelationen zwischen FTIRS und konventionell gemessenen Konzentrationen mit Schwankungsbreiten von R2 = 0.79 � 0.99 für TOC, R2 = 0.85 � 0.99 für TIC, R2 = 0.62 � 0.84 für TN, and R2 = 0.68 � 0.94 für BSi. Diese Ergebnisse, in Kombination mit der geringen Menge an benötigtem Probenmaterial (0,01 g), sowie dem geringen Bedarf an Probenaufbereitung und den geringen Kosten, zeigen, dass FTIRS eine vielversprechende analytische Alternative darstellt, um biogeochemische Bestandteile in Seesedimenten zu quantifizieren, im Speziellen, wenn eine große Probenanzahl analysiert werden muss. Das Auffinden von zehn Tephra- und Kryptotephralagen in der Co1202 Sedimentsequenz, sowie die erfolgreiche Korrelation dieser Lagen mit explosiven Eruptionen italienischer Vulkane, lieferte neue Erkenntnisse über die Verteilung der von diesen Eruptionen ausgehenden Aschen. Aufgrund der relativ gut bekannten Alter der Tephra- und Kryptotephralagen sowie sieben zusätzlicher Radiokarbondatierungen, konnte ein chronologischer Rahmen für den Kern Co1202 erstellt werden. Auf der Basis dieser chronologischen Überlegungen ergab sich, dass die Co1202 Sequenz, mit Ausnahme eines Hiatus zwischen 97.6 und 81.7 ka, den letzten Glazial-Interglazial Zyklus zurück bis 136 ka umfasst. Untersuchungen zu Klima- und Umweltveränderungen unter zu Hilfenahme von lithologischen, sedimentologischen, geochemischen und physikalischen Indikatoren ergaben, dass die Sedimente des Ohridsees lang- und kurzfristige Klimaschwankungen während der letzten 136 kyrs aufgezeichnet haben. Die lang- und kurzfristigen Klimaschwankungen, abgeleitet aus den Sedimenten des Ohridsees, zeigen, abgesehen von einigen geringfügigen Abweichungen, eine gute Übereinstimmung mit anderen Klimarekonstruktionen aus dem Mittelmeerraum. Diese Untersuchungen betonen das Potential des Ohridsees als wertvolles Archiv für die Verteilung von vulkanischem Material italienischer Vulkane, sowie auch für Klima und Umweltveränderungen im zentralen Bereich des nördlichen Mittelmeerraums.German
    Creators:
    CreatorsEmail
    Vogel, Hendrikvogelh@uni-koeln.de
    URN: urn:nbn:de:hbz:38-29208
    Subjects: Earth sciences
    Uncontrolled Keywords:
    KeywordsLanguage
    Mittelmeer, Klimaveränderungen, vulkanische Aschen, lakustrine Sedimentation, OhridseeGerman
    climate change, volcanic ash, lacustrine sedimentation, Lake OhridEnglish
    Faculty: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät
    Divisions: Mathematisch-Naturwissenschaftliche Fakultät > Geologisches Institut
    Language: English
    Date: 2009
    Date Type: Completion
    Date of oral exam: 13 October 2009
    Full Text Status: Public
    Date Deposited: 06 Jan 2010 15:48:59
    Referee
    NameAcademic Title
    Melles, MartinProf. Dr.
    URI: http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2920

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