Universität zu Köln

Panagiotopoulos, Konstantinos (2013). Late Quaternary ecosystem and climate interactions in SW Balkans inferred from Lake Prespa sediments. PhD thesis, Universität zu Köln.

Preview

PDF Panagiotopoulos2013_Thesis.pdf - Published Version Bereitstellung unter der CC-Lizenz: Creative Commons Attribution Non-commercial No Derivatives. Download (28MB)

Abstract

The transboundary Lake Prespa and its watershed enclose a remarkable biodiversity that is protected by several national and international treaties. Situated at 849 m a.s.l., the area is characterized by a transitional climate and the closed nature of the basin controls Lake Prespa’s modern hydrology. An 18 m-long sediment sequence was retrieved from a distal location, away from stream inflow, where preliminary hydroacoustic investigations suggested undisturbed sedimentation. Consequently, the sediments were dated and analyzed using palynological, sedimentological and geochemical techniques. The age model is based on AMS and ESR dating, tephrochronology and cross correlation with the Greenland ice record (NGRIP) and suggests an age of c. 92 ka cal BP for the base of the sequence. The pollen spectra allow for the zoning of the record in three major phases of vegetation development corresponding to Marine Isotope Stages 5 to 1. The forested phases of MIS 5 and MIS 1 are dominated by thermophilous and drought-sensitive trees (e.g. Quercus, Carpinus, Fagus) suggesting higher temperatures and moisture availability during their growing season. Increased lake productivity, hypolimnion anoxia and calcite precipitation are recorded in these intervals. Continuous presence of Mediterranean frost-sensitive species (e.g. Pistacia, Phillyrea) during the Holocene implies rising temperatures in late winter and spring. Sporadic occurrence of maquis pollen in MIS 5 suggest that temperature was probably limiting their expansion. Increasing fuel availability and summer aridity most likely account for a higher microscopic charred particle concentration during the Holocene (in particular after c. 5.5 ka). However, intensifying anthropogenic activity has probably overridden climate forcing over the last c. 2 ka. Within MIS 5 and MIS 1, brief periods (centennial to millennial) of open landscape are also documented and are ascribed to colder and drier climate conditions persisting at Prespa. During MIS 3, the relatively open landscape is characterized by several deciduous trees besides Pinus. An open steppe landscape with scattered tree stands comprising mostly Pinus prevailed in MIS 4 and MIS 2. High Artemisia and Chenopodiaceae abundances point to rather cold and arid conditions at Prespa. This appears to be in agreement with low lake productivity, enhanced mixing and increased ice-cover documented for this time. However, occurrences of deciduous tree pollen throughout the Last Glacial provide evidence for the survival of several tree species in sheltered locations at Prespa or its vicinity. This study underscores the sensitivity of the Lake Prespa region to climate forcing over the Last Glacial and the Holocene. The vegetation history of the region was examined focusing on ecological processes such as immigration, competition, succession, population growth and stability. Ongoing investigations may offer further insights into the paleoenvironment and paleoclimate at Prespa. The Prespa pollen underline the potential of the region to serve as refugium over longer time scales. In spite of systematic conservation efforts over the last decades, the question of whether Prespa’s ecosystems will withstand increasing anthropogenic pressures remains open.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Der trinationale Prespasee und sein Einzugsgebiet beherbergen eine bemerkenswerte Artenvielfalt, die derzeit durch mehrere nationale und internationale Verträge geschützt wird. Der in einer Höhe von 849 m üNN gelegene See wird von einem eumediterranen Klima geprägt. Die moderne Hydrologie des Sees ist durch die geschlossene Lage des Seebeckens charakterisiert. Eine 18m-lange Sedimentsequenz wurde vom nördlichen zentralen Seegrund abseits des Mündungsbereichs der Gebirgsbäche erbohrt, nachdem dort hydroakustische Untersuchungen auf ungestörte Sedimentation hingewiesen hatten. Die Sedimente wurden datiert und unter Verwendung palynologischer, sedimentologischer und geochemischer Analysemethoden untersucht. Das Altersmodell basiert auf AMS- und ESR-Datierungen, Tephrochronologie und Kreuzkorrelation mit dem grönländischen Eisbohrkern (NGRIP). Für die Basis der Sedimentsequenz ergibt sich ein Alter von c. 92 ka cal BP. Die Pollenspektren ermöglichen die Einordnung dreier großer Vegetationsentwicklungsphasen entsprechend der marinen Isotopenstadien (MIS) 5 bis 1. Die bewaldeten Phasen des MIS 5 und MIS 1 sind von wärmeliebender und Dürre empfindlicher Waldvegetation (z.B. Quercus, Carpinus, Fagus) geprägt, was auf höhere Temperaturen und Niederschläge während der Vegetationsperiode hindeutet. Der Prespasee zeigt während dieser Intervalle eine erhöhte Produktivität, hypolimnische Anoxie und verstärkte Calcitfällung. Das kontinuierliche Auftreten der Pollen mediterraner, frostempfindlicher Arten (z.B. Pistacia und Phillyrea) während des Holozäns impliziert steigende Temperaturen im späten Winter und Frühjahr. Ein sporadisches Auftreten von Pollen Macchia-typischer Arten in MIS 5 zeigt, dass niedrigere Temperaturen wahrscheinlich ihre weitere Expansion limitierte. Eine steigende Verfügbarkeit brennbarer Biomasse und erhöhte Trockenheit im Sommer sind höchstwahrscheinlich der Grund für die höhere Konzentration mikroskopischer Holzkohle- Partikel im Holozän (insbesondere nach c. 5.5 ka). Allerdings hat der zunehmende anthropogene Einfluss das Klimasignal der letzten c. 2 ka vermutlich verändert. Innerhalb von MIS 5 und MIS 1 zeigen sich kurzzeitige Perioden (100-1000 Jahre), die durch eine offenere Landschaft gekennzeichnet sind und auf kältere und trockenere Klimabedingungen im Gebiet des Prespasees hindeuten. Während MIS 3 ist die relativ offene Landschaft neben Pinus durch mehrere laubwerfende Baumarten gekennzeichnet. Eine offene Steppenlandschaft mit vereinzelten Bäumen (meist Pinus) herrschte in MIS 4 und MIS 2 vor. Hohe Häufigkeiten an Artemisia und Chenopodiaceae deuten hier auf eher kalte und trockene Bedingungen am Prespasee hin. Dies scheint mit der niedrigeren Produktivität des Sees, dem erhöhten klastischen Eintrag und der verstärkten Eisbedeckung während dieser Zeit zu korrelieren. Der Nachweis von Laubbaum-Pollen während dem letzten Glazial liefert Beweise für das Überleben von mehreren Baumarten an geschützten Stellen in der Region des Prespasees. Diese Studie unterstreicht die Klimasensitivität des Prespasees und dessen Eignung für paläoökologische Untersuchungen zur regionalen Klimarekonstruktion der letzten Eiszeit und des Holozäns. Sie erlaubt ferner die Untersuchung der regionalen Vegetationsgeschichte, wobei der Schwerpunkt auf ökologische Prozesse wie Einwanderung, Konkurrenz, Sukzession, Populationswachstum und Stabilität gelegt wird. Laufende Untersuchungen können weitere Einblicke in Paläoumwelt- und Paläoklimabedingungen liefern. Die Prespasee-Pollen unterstreichen die Bedeutung der Region als wichtiges Refugium über längere Zeitskalen. Trotz der intensiven Naturschutzmassnahmen der letzten Jahrzehnte, bleibt die Frage, wie lange der Prespasee als Ökosystem noch den zunehmenden anthropogenen Belastungen standhalten kann. German Η διασυνοριακή λίμνη Πρέσπα και η λεκάνη απορροής της προστατεύονται από εθνικές και διεθνείς συνθήκες και διακρίνονται για την βιοποικιλότητα τους. Η περιοχή, που βρίσκεται σε υψόμετρο 849 μ., χαρακτηρίζεται από ένα μεταβατικό κλίμα, ενώ η κλειστή λεκάνη απορροής της ρυθμίζει σε σημαντικό βαθμό την υδρολογία της λίμνης. Μια μακρά ακολουθία ιζημάτων (18 μ) ανακτήθηκε από γεώτρηση σε κεντρική τοποθεσία της λίμνης, η οποία επιλέχθηκε ύστερα από προκαταρκτικές υδροακουστικές έρευνες που υπέδειξαν συνεχή απόθεση. Εν συνεχεία, τα ιζήματα χρονολογήθηκαν και αναλύθηκαν χρησιμοποιώντας παλυνολογικές, ιζηματολογικές και γεωχημικές τεχνικές. Η ηλικία των ιζημάτων προσδιορίσθηκε με ράδιο- και φασματοσκοπική (ESR)- χρονολόγηση, με τεφροχρονολόγηση καθώς και με τη συσχέτιση τους με τα αρχεία πάγου της Γροιλανδίας (NGRIP) και παραπέμπει σε ηλικία 92.000 χρόνων για τη βάση της ακολουθίας. Η παλυνολογική ανάλυση επιτρέπει την οριοθέτηση τριών κύριων φάσεων της βλάστησης που αντιστοιχούν στα Ισοτοπικά Στάδια (MIS) 5 έως 1. Κατά τη διάρκεια των MIS 5 και MIS 1 απαντώνται θερμόφιλα και υγρόφιλα δασικά είδη (π.χ. Quercus, Carpinus, Fagus), γεγονός που υποδηλώνει υψηλότερες θερμοκρασίες και μειωμένη εξατμισοδιαπνοή κατά τη διάρκεια της βλαστιτικής περιόδου. Αυξημένη πρωτογενής παραγωγή, παρατεταμένη ανοξία του υπολιμνίου και κατακρήμνιση ασβεστίτη καταγράφονται σε αυτές τις περιόδους. Η αδιάκοπη παρουσία κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου μεσογειακών ειδών (π.χ. Pistacia, Phillyrea) ευαίσθητων στον παγετό συνεπάγεται την αύξηση της θερμοκρασίας στα τέλη του χειμώνα και την άνοιξη. Η σποραδική εμφάνιση γύρης μεσογειακών ειδών στο MIS 5 μαρτυρά ότι οι χαμηλές θερμοκρασίες πιθανώς περιόριζαν την εξάπλωσή τους. Η αυξημένη φυτική βιομάζα σε συνδυασμό με τη θερινή ξηρασία συντέλεσαν στην αυξημένη συγκέντρωση απανθρακωμένων μικροσκοπικών σωματιδίων κατά τη διάρκεια του Ολόκαινου (ιδιαίτερα πριν από 5.500 χρόνια). Ωστόσο, η εντατικοποίηση των ανθρωπογενών δραστηριοτήτων τα τελευταία 2.000 χρόνια πιθανώς επισκιάζει τον αντίκτυπο της φυσικής κλιματικής ακολουθίας στα τοπικά οικοσυστήματα. Σχετικά σύντομες περίοδοι (διάρκειας μερικών αιώνων), στις οποίες η δασοκάλυψη της λεκάνης απορροής υποχωρεί αισθητά, καταγράφονται κατά τη διάρκεια των MIS 5 και MIS 1 και μπορούν να αποδοθούν σε ψυχρότερες και ξηρότερες κλιματολογικές συνθήκες. Κατά τη διάρκεια του MIS 3, το σχετικά ανοιχτό τοπίο, πέρα από το είδος Pinus, χαρακτηρίζεται από αρκετά άλλα είδη φυλλοβόλων δένδρων. Ένα ανοιχτό τοπίο στέπας με διάσπαρτες συστάδες δένδρων, κυρίως Pinus, επικρατούσε στην περιοχή των Πρεσπών στις περιόδους MIS 4 και 2. Είδη Artemisia και Chenopodiaceae κυριαρχούσαν στη λεκάνη απορροής και υποδηλώνουν την επικράτηση χαμηλών θερμοκρασιών και άνυδρων συνθηκών σε αυτά τα χρονικά διαστήματα. Οι ολιγοτροφικές συνθήκες, η ενισχυμένη μίξη και η αυξημένη παγοκάλυψη της λίμνης υποστηρίζουν αυτή την ερμηνεία. Ωστόσο, η καταγραφή γύρης φυλλοβόλων δένδρων καθ’ όλη τη διάρκεια της τελευταίας παγετώδης περιόδου παρέχει ισχυρές ενδείξεις για την επιβίωση πολλών ξυλωδών ειδών σε προστατευμένες τοποθεσίες εντός ή πλησίον της λεκάνης απορροής. Αυτή η μελέτη υπογραμμίζει την ευαισθησία της περιοχής των Πρεσπών στην κλιματική αλλαγή κατά την τελευταία παγετώδη περίοδο και το Ολόκαινο. Η εξέλιξη της βλάστησης της περιοχής εξετάστηκε επικεντρώνοντας σε οικολογικές διαδικασίες όπως η μετανάστευση, ο ανταγωνισμός, η διαδοχή, η πληθυσμιακή αύξηση και σταθερότητα ενός είδους. Έρευνες που βρίσκονται ακόμα σε εξέλιξη θα συνεισφέρουν στην περαιτέρω κατανόηση των παρελθόντων περιβαλλοντολογικών και κλιματολογικών συνθηκών στην Πρέσπα. Η παρούσα παλυνολογική ανάλυση αναδεικνύει το δυναμικό της περιοχής να λειτουργεί ως καταφύγιο φυτικών ειδών σε μεγάλες χρονικές κλίμακες. Όμως, παρά τις συστηματικές προσπάθειες περιβαλλοντικής προστασίας των τελευταίων δεκαετιών, το ερώτημα πώς τα οικοσυστήματα των Πρεσπών θα αντεπεξέλθουν στις αυξανόμενες ανθρωπογενείς πιέσεις παραμένει ανοιχτό. UNSPECIFIED
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Panagiotopoulos, Konstantinos panagiotopoulos.k@uni-koeln.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-55181
Date:	30 April 2013
Language:	English
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Geographisches Institut
Subjects:	Natural sciences and mathematics Earth sciences Life sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Balkans, Lake Prespa, Climate Change, Environmental Change, Paleoecology, Paleolimnology, Paleovegetation, Palynology, Pollen Analysis, Late Quaternary, Pleistocene, Last Glacial, Holocene, Interglacial English Balkan, Prespasee, Klimawandel, Umweltwandel, Paläoökologie, Paläolimnologie, Paläeovegetation, Palynologie, Pollenanalyse, Spätquartär, Pleistozän, letztes Glazial, Holozän, Interglazial German Βαλκάνια, Λίμνη Πρέσπας, Κλιματική Αλλαγή, Περιβαλλοντική Αλλαγή, Παλαιοοικολογία, Παλαιολιμνολογία, Παλαιοβλάστηση, Παλυνολογία, Ανάλυση Γύρης, Ανώτερο Τεταρτογενές, Πλειστόκαινο, Τελευταία Παγετώδης Περίοδος, Ολόκαινο, Μεσοπαγετώδης UNSPECIFIED
Date of oral exam:	3 July 2013
Referee:	Name Academic Title Schäbitz, Frank Prof. Dr. Brückner, Helmut Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/5518