Universität zu Köln

Francois, Jean-Pierre (2014). Postglacial paleoenvironmental history of the Southern Patagonian Fjords at 53°S. PhD thesis, Universität zu Köln.

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Abstract

Southern Patagonia (50°-56°S) is as key region for paleoenvironmental studies, in particular, for addressing fundamental paleoclimatic and paleoecological questions. This is due to a number of physical and biotic characteristics of the region: (i) its location allows to examine and reconstruct changes of the Southern Westerly Wind (SWW) belt, (ii) the presence of the Andes, which intercepts the flux of the SWWs creating a strong orographic precipitation gradient on a west-east axis, and (iii) consequently the development and succession of distinct ecosystems along this gradient. This thesis aims to investigate the vegetational history of Southern Patagonia through space and time and assess the various physical parameters that shaped these environments. Therefore, a comprehensive study of the modern vegetation and pollen rain in the Fjords at 53°S was undertaken. Additionally, a new paleoenvironmental record was acquired from the Tamar Lake (52°54’S; 73°48’W) and was analyzed using geochemistry and pollen analysis. Lastly, the Tamar and other regional paleorecords located along a west-east transect at 53°S were compared using multivariate analyses (PCA, DCCA, rarefaction) in order to develop a comprehensible postglacial history of S. Patagonian ecosystems. The main vegetation types (i.e. Magellanic Moorland, Evergreen forest, Deciduous forest and Patagonian Steppe) occurring along this west-east transect are clearly identified in the modern pollen rain. Redundancy analysis suggests that modern pollen spectra from the different ecosystems are closely linked with the precipitation and temperature gradient occurring at 53°S. The pollen record from Tamar covering the last 16,000, indicates the development of a heath and grassland between 16 – 13.6 kyr BP, followed by the spread of scrublands and Nothofagus woodlands after 13.6 kyr BP, suggesting a shift from cold/dry to a more warm/wet climate. The Holocene is characterized by a succession of distinctive forest types, which begins with the development of Nothofagus forests (~11.8 – 8.5 kyr BP), followed by Nothofagus-Drimys forests (~10.3 – 6.2 kyr BP), and culminating in mixed temperate evergreen forests (~6.2 kyr BP to present). These changes in vegetation suggest a shift in the intensity of the SWWs and in temperature during the postglacial, accounting for a windy/warm early Holocene. Mass wasting events, well-developed soils and dense vegetation are characteristic for this period. Finally, the findings from the paleoecological reconstruction along Southern Patagonia, reveal substantial differences in the vegetation history (i.e. compositional changes, turnover and palynological richness) of the ecosystems located west and east of the Andes during the postglacial. The response of the ecosystems to environmental forcing (climatic and non-climatic) differs significantly along this transect. This study reveals the complex interplay between abiotic and biotic factors (e.g. temperature, precipitation, soil development, species competition) in the evolution of the ecosystems of Southern Patagonia over time. The ecosystems respond sensitively to environmental (climatic and non-climatic) forcing, but differ significantly in their resilience depending on intrinsic characteristics. In light of increasing anthropogenic impact and ongoing climate change, these findings offer important insights in the evolution of regional ecosystems that could be used in planning conservation projects.

Item Type:	Thesis (PhD thesis)
Translated abstract:	Abstract Language Süd-Patagonien (50°-56°S) ist eine Schlüsselregion für Paläoumwelt-Studien, insbesondere im Fokus grundlegender paläoklimatischer und paläoökologischer Fragestellungen. Dies liegt an einer Reihe von typischen physisch-geographischen und biotischen Merkmalen der Region: (i) ihre Lage gestattet die Überprüfung und Rekonstruktion der Änderungen der latitudinalen Position der südlichen Westwindzone (SWW), (ii) der Andenkordilliere, die für die SSW eine Barriere darstellt und für einen starken orographischen Niederschlagsgradienten entlang einer West-Ost-Achse sorgt, und folglich, (iii) der Entwicklung und Sukzession unterschiedlicher Ökosysteme entlang dieses Gradienten. Ziel dieser Arbeit ist die raum-zeitliche Untersuchung der Vegetationsgeschichte von Süd-Patagonien und die Bewertung von verschiedenen natürlichen Parametern, die diese Umwelt prägt. Dazu wurde eine umfassende Studie über die rezente Vegetation und den rezenten Pollenniederschlag in den Fjorden auf 53°S vorgenommen. Zusätzlich wurde ein neuer Paläoumwelt-Datensatz aus Seesedimenten des Tamar-Sees ( 52°54‘S , 73°48’W ) mittels Geochemie und Pollenanalyse ausgewertet. Anschließend wurden die Tamar-Daten mit anderen regionalen Paläo-Datensätzen entlang eines West-Ost-Transekts auf 53°S unter Anwendung multivariater Analysen (PCA, DCCA, rarefaction) verglichen, um einen Überblick zur nacheiszeitlichen Entwicklungsgeschichte süd-patagonischer Ökosysteme zu erstellen. Die Hauptvegetationstypen (u.a. Magellanisches Moorland, immergrüne Wälder, laubwerfende Wälder und patagonische Steppe), die entlang dieses West-Ost-Transekts auftreten, prägen sich deutlich im rezenten Pollenniederschlag aus. Redundanz-Analysen deuten darauf hin, dass rezente Pollenspektren aus den verschiedenen Ökosystemen eng mit dem Niederschlags- und Temperaturgefälle auf 53°S zusammenhängen. Der Pollennachweis des Tamar-Sees für die letzten 16,000 Jahre zeigt die Entwicklung von Heide- und Grasland zwischen 16 bis 13.6 kyr BP, gefolgt von der Ausbreitung von Buschland und Nothofagus –Wäldern nach 13.6 kyr BP, was auf eine Verschiebung von kalt / trockenem zu einem wärmeren / feuchten Klima schließen lässt. Das Holozän ist durch die Entwicklung einer Reihe von markanten Waldtypen gekennzeichnet. Anfänglich durch die Ausdehnung von Nothofagus-Wälder charakterisiert (~11.8 – 8.5 kyr BP), folgt auf diese Phase die Ausbreitung von Nothofagus-Drimys-Wäldern (~10.3 bis 6.2 kyr BP), welche schließlich zu den heutigen gemäßigten, immergrünen Mischwäldern führt (~6.2 kyr BP bis heute). Diese Veränderungen in der Vegetation deuten auf eine Verschiebung der Intensität der SWW und der Temperatur im Postglazial hin, gefolgt von einem windigen / warmen Frühholozän. Hangrutschungen, gut entwickelte Böden und dichte Vegetationsbedeckung sind charakteristisch für diesen Zeitraum. Zusammenfassend ergeben die Erkenntnisse aus der Paläoumwelt-Rekonstruktion in Süd-Patagonien, dass sich die nacheiszeitliche Vegetationsgeschichte (d.h. Änderungen der Vegetationszusammensetzung, Artenwechsel und Pollen-Diversität) der Ökosysteme westlich und östlich der Anden erheblich voneinander unterscheiden. Die Reaktion der Ökosysteme auf Umweltveränderungen (klimatischer und nicht-klimatischer Natur) unterscheidet sich signifikant entlang des Transekts. Diese Studie verdeutlicht das komplexe Zusammenspiel zwischen abiotischen und biotischen Faktoren (z.B. Temperatur, Niederschlag, Bodenentwicklung, Konkurrenz) in der Evolution der Ökosysteme von Süd-Patagonien über einen langen Zeitraum hinweg. Die Ökosysteme reagieren empfindlich auf Umweltveränderungen (klimatischer und nicht-klimatischer Natur). Abhängig von ihren intrinsischen Merkmalen, unterscheiden sich aber deutlich in ihrer Anpassungsfähigkeit. Angesichts des zunehmenden anthropogenen Eingriffs und dem fortschreitenden Klimawandel, liefern diese Erkenntnisse wichtige Einblicke in die Entwicklung der regionalen Ökosysteme, was für die Planung von Naturschutzprojekten Beachtung finden sollte. German
Creators:	Creators Email ORCID ORCID Put Code Francois, Jean-Pierre geofrancois@gmail.com UNSPECIFIED UNSPECIFIED
URN:	urn:nbn:de:hbz:38-60612
Date:	5 May 2014
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
Uncontrolled Keywords:	Keywords Language Patagonia, Postglacial, Palynology, Climate Change, Biogeography, Paleoecology, Paleoclimate, Southern Westerlies, Southern Patagonian Fjords, Tamar Lake English
Date of oral exam:	7 July 2014
Referee:	Name Academic Title Schäbitz, Frank Prof. Dr. Bubenzer, Olaf Prof. Dr.
Funders:	DAAD-CONICYT Stipendium (07-DOCDAAD-08)
Refereed:	Yes
URI:	http://kups.ub.uni-koeln.de/id/eprint/6061