Universität zu Köln

Parplies, Jörn (2008). Isotopengeochemische Studien zur klimatischen Ausprägung der Jüngeren Dryas in terrestrischen Archiven Eurasiens. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

In dieser Arbeit wurde die Umwelt- und Klimaentwicklung während des Spätglazials von ca. 15.000 - 10.000 Jahren BP in drei verschiedenen Regionen durch Analysen der lakustrinen Sedimentprofile des Meerfelder Maares, des Sacrower Sees und des Sihailongwan Maares untersucht. In zeitlich hoher Auflösung wurden geochemische und isotopische Parameter im Rahmen eines Multi-Proxie-Ansatzes bestimmt. Dabei wurden stabile Isotopenverhältnisse von organischem Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sowie die Elementgehalte von organischem Kohlenstoff und Stickstoff ermittelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die spätglazialen Chronozonen des Bølling / Allerød, der Jüngeren Dryas und des Präboreals in den drei Untersuchungsräumen Westeifel (Meerfelder Maar), Brandenburg (Sacrower See) und Nordostchina (Sihailongwan Maar) gleichermaßen dokumentiert sind. Insbesondere die Jüngere Dryas ist in allen drei Archiven als Zeitabschnitt einer deutlichen Abkühlung charakterisiert. Zudem lassen sich für alle Archive erhöhte allochthone Sedimentbeiträge während der Jüngeren Dryas nachweisen, die auf eine lichtere Vegetationsbedeckung und vermutlich das Auftreten von Permafrost oder zumindest von im Winter gefrorenen Böden aufgrund extrem kalter Winter zurückzuführen sind. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Sauerstoffisotopenverhältnisse besonders gut für die Rekonstruktion von Klimabedingungen in der Vergangenheit eignen, da sie direkt von klimatischen Steuergrößen abhängig sind. Zurückhaltend zu betrachtende Temperaturrekonstruktionen lassen eine Absenkung der gewichteten Jahresmitteltemperaturen während der Jüngeren Dryas in Mitteleuropa in der Größenordnung von ca. 4,5 - 6,5 °C vermuten. Aufgrund der Lage des Sihailongwan Maares im Grenzbereich des Ostasiatischen Monsunsystems und der randtropisch-außertropischen Westwinddrift konnte für diesen Raum keine Abschätzung von Temperaturveränderungen vorgenommen werden. Die Anwendung einer eigens optimierten Schwerezentrifugation zur Separation von Diatomeenvalven in Verbindung mit der "Online-Kopplung" der iHTR-Einheit an ein IRMS ermöglicht die Erstellung zeitlich hochaufgelöster d18OSiO2-Datensätze für künftige Studien. Die untersuchten Proxie-Parameter reagieren unterschiedlich schnell auf Variationen bzw. Veränderungen externer klimatischer Steuergrößen. Damit wurde verdeutlicht, dass eine Ableitung vergangener Umweltverhältnisse anhand von lakustrinen Sedimentarchiven nur auf der Basis eines Multi-Proxie-Ansatzes unter Berücksichtigung möglichst vielfältiger unterschiedlicher Variablen zuverlässig erfolgen kann. Durch einen detaillierten Vergleich der einzelnen Archive konnte gezeigt werden, dass die zeitliche Einordnung und Dauer der Jüngeren Dryas auf der West- und Ostseite des Eurasischen Kontinents im Rahmen der Datierungsgenauigkeit der jeweiligen Alters-Tiefen-Modelle mit ca. 12.650 - 11.600 Jahren BP keinen Unterschied aufweisen. Im Zusammenhang mit einer abgeleiteten starken Erhöhung der Saisonalität aufgrund extrem kalter Winter und relativ milder Sommer kann dies am besten durch eine ausgedehnte Wintereisbedeckung auf dem Nordatlantik während der Jüngeren Dryas erklärt werden. Dadurch kam es zu "sibirischen Winterverhältnissen" in Mitteleuropa und einer südwärtigen Verschiebung bzw. Neuorganisation atmosphärischer Zirkulationsmuster. Auf diese Art konnte das Signal des Klimaumschwungs vom wahrscheinlichen Ursprungsort im Nordatlantik mit wenig oder keiner Zeitverzögerung in weit entfernte Gebiete wie die ostasiatische Monsunregion fortgepflanzt werden. Die Wintereisbedeckung liefert gleichzeitig auch eine schlüssige Erklärung dafür, dass die Signale der Proxie-Parameter zu Beginn und Ende der Jüngeren Dryas in nordatlantisch geprägten Archiven abrupter reagieren als in Archiven, die vom Asiatischen Monsun geprägt sind. Die vorliegende Arbeit unterstreicht das große Potenzial lakustriner Sedimentarchive und isotopengeochemischer Methoden für eine verlässliche und zeitlich hochaufgelöste Rekonstruktion vergangener Klima- und Umweltbedingungen.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated title:	Title Language Isotope geochemical studies of Younger Dryas climate in terrestrial archives of Eurasia English
Translated abstract:	Abstract Language In this thesis, the late glacial climate and environment development with special focus on the Younger Dryas chronozone was studied for three different regions in Eurasia. For this purpose, lacustrine sedimentary archives of Lake Meerfelder Maar (Westeifel, Germany), Lake Sacrow (Brandenburg, Germany) and Lake Sihailongwan (NE-China) were investigated by means of isotopic and geochemical methods. Stable isotope ratios of organic carbon, nitrogen and oxygen as well as element contents of organic carbon and nitrogen were measured with high time-resolution. Oxygen isotope ratios of diatomaceous opal (Lake Meerfelder Maar, Lake Sihailongwan) and autochthonous inorganic carbonates (Lake Sacrow) were determined. The late glacial chronozones Bølling / Allerød, Younger Dryas and Preboreal are documented in the sediment profiles of all three investigation sites which basically confirms the hypothesis of a hemispheric character of these climate stages. The Younger Dryas is characterised as a time period of distinct cooling in all three archives. Moreover, an increased allochthonous influx into the sediments is observed for all archives during that time. This is due to a less dense vegetation cover and partly frozen soils during very cold winters. Oxygen isotope ratios were particularly useful for the reconstruction of climate since they depend directly on climatic driving factors. However, the direct dependence of d18O-values on lake water temperature during formation of diatoms and carbonates was superimposed by larger variations in the d18OH2O-source value of lake water. Temperature reconstructions based on oxygen isotope variations suggest a decrease of weighted mean annual temperatures in Central Europe in the range of approx. 4.5 - 6.5 °C during the Younger Dryas. For the site of Lake Sihailongwan no estimation of temperature variations could be given, because it is situated close to the frontier between the East Asian monsoon and the middle-latitude westerlies and therefore under the influence of alternating driving forces on the d18OH2O-value of lake water. The application of an optimised density centrifugation for diatom separation in conjunction with the iHTR-IRMS online-coupling that is now available enables high-resolution d18OSiO2-records for future studies. Response times of the studied proxy signals to changing external driving forces are different. Hence, a reliable interpretation of climatic and environmental changes in the past can only be conducted on the basis of a multi-proxy approach including a variety of different parameters. A detailed comparison of all three studied archives showed that timing and duration of the Younger Dryas from approx. 12,650 to 11,600 years BP was identical at all sites according to the accuracy of corresponding age-depths-models. Together with the conclusion of a strongly increased seasonality due to very cold winters and mild summers this is best explained by an extensive winter sea-ice cover on the northern Atlantic. That resulted in 'Siberian winter conditions' in Central Europe and a southward displacement of atmospheric circulation patterns. Thereby, the signal of this climatic deterioration could be propagated with only little or without any time lag from its presumable place of origin in the northern Atlantic to distant locations on the northern hemisphere. Furthermore, a winter sea-ice cover is a coherent explanation for abrupter reactions of proxy signals from Central European archives at the onset and termination of the Younger Dryas. The results clearly document the great potential of lacustrine archives and isotope geochemistry for high-resolution reconstructions of past climatic conditions. English
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Parplies, Jörn joernparplies@web.de UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-26353
Date:	2008
Language:	German
Faculty:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences
Divisions:	Faculty of Mathematics and Natural Sciences > Department of Geosciences > Geographisches Institut
Subjects:	Earth sciences
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Paläoklima, Isotope, Geochemie, Jüngere Dryas, Spätglazial German Paleoclimate, isotopes, geochemistry, Younger Dryas, Late Glacial English
Date of oral exam:	29 June 2008
Referee:	Name Academic Title Radtke, Ulrich Prof. Dr.
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/2635