Paleoenvironmental changes in Southern Patagonia during late Quaternary inferred from lake sediments of Laguna Potrok Aike, Argentina

  • Wandel der Paläoumwelt in Südpatagonien während des Spätquartärs, basierend auf Seesedimenten von Laguna Potrok Aike, Argentinien

Zhu, Jiayun; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Schäbitz, Frank (Thesis advisor)

Aachen : Publikationsserver der RWTH Aachen University (2015)
Doktorarbeit

Aachen, Techn. Hochsch., Diss., 2014

Kurzfassung

Südpatagonien ist die einzige kontinentale Landmasse, die den Kern der südhemisphärischen Westwinde (SHW) schneidet. Die SHW kann eine entscheidende Rolle beim Antrieb der letzten deglazialen Erwärmung gespielt haben. Klimatische Archive in Südpatagonien bilden außerdem das terrestrische Bindeglied an die Sedimentarchive aus dem Süd-Ozean und die Eisbohrkerne aus der Antarktis. Trotz der besonderen Bedeutung beschränken sich die kontinuierlichen Paläoklimaarchive in Südpatagonien üblicherweise auf den Zeitraum seit dem Ende der letzten Vereisung, weil sich die meisten Untersuchungsstellen in der Andenregion befinden, die während des letzten Glazials vom patagonischen Inlandeis bedeckt war. Diese Forschungslücke wird zunehmend überbrückt von den interdisziplinären Multiproxy-Untersuchungen im Rahmen des Projekts „Potrok Aike Maar lake sediment archive drilling project“ (PASADO). Dieses Projekt macht das Sedimentarchiv der Laguna Potrok Aike, einem tiefen Maarsee im semi-ariden Südpatagonien (51°58' S, 70°23' W, 113 m ü.M.), für den Zeitraum der letzten 50,000 Jahre verfügbar. Die vorliegende, in das PASADO Projekt eingebundene Arbeit untersucht den Sedimentabschnitt, der den Zeitraum von 26,000 bis 8500 cal. BP umfasst, unter Einsatz von stabilen Isotopen von sedimentärem organischem Material. Kapitel 2 befasst sich mit den stabilen Isotopen (δ13CTOC, δ15NTN) und den Elementgehalten (TOC, TN) von feinkörnigen (<200µm) organischen Sedimenten, um die lakustrine Primärproduktivität zu rekonstruieren und Hinweise auf Nährstoffverfügbarkeit im See zu geben. Zudem ist ein neuer Proxy-Ansatz in Kapitel 3 aufgebaut, wobei die handverlesenen Makroreste von Wassermoosen und extrahierter Moose-Zellulose benutzt werden, um die Zusammensetzung der Sauerstoffisotopie des Seewassers (δ18Olw) für den untersuchten Zeitraum zu rekonstruieren. Dieser Proxy-Ansatz gründet sich auf der hochsignifikanten linearen Korrelation zwischen dem δ18O von aquatischen Moosen und ihrem Umgebungswasser. Mit diesem Ansatz wurde in Kapitel 4 eine hoch-auflösende Zeitreihe von δ18Olw für den untersuchten Zeitraum entwickelt und im Kontext der SHW Entwicklung im Verlauf des dramatischen globalen klimatischen Wechsels seit der letzten Eiszeit interpretiert. Zwischen 26,000 und 17,600 cal. BP war Phytoplankton die vorherrschende organische Substanz in einem aquatischen System mit geringer Primärproduktivität. Das rekonstruierte glaziale δ18Olw hatte einen Mittelwert von ca. -6.5‰, der nur 3‰ niedriger als der heute beobachtete Wert war. Diese unerwartete 18O-Anreicherung des Seewassers kann damit erklärt werden, dass das Grundwasser als eine Hauptquelle des Wasserzuflusses für den See wegen des Permafrostes während des Glazials vom Oberflächenwasser isoliert war und folglich eine weniger negative δ18O Signatur als die glazialen Niederschläge hatte. Die mit Permafrost einhergehende verlängerte Verweilzeit des Seewassers könnte auch zur weiteren 18O-Anreicherung des Seewassers beigetragen haben. Das Ende der letzten Eiszeit ist gekennzeichnet durch die schlagartigen Verschiebungen der Isotopenverhältnisse und der Elementgehalte. Das lakustrische System erlebte eine schnelle Neugestaltung, zeitgleich mit dem raschen Rückzug der Vergletscherung in Südpatagonien, der Erwärmung in der Antarktis und der abrupten Erhöhung der atmosphärischen CO2 Konzentration. Der Verlauf des Spätglazials war trotz großer Variationen der lakustrischen Primärproduktivität von Phytoplankton und Makrophyten insgesamt von einem hohen Niveau gekennzeichnet. Die erhöhte Produktivität lässt sich durch verbesserte Wachstumsbedingungen aufgrund der zunehmenden Erwärmung zusammen mit einer ausreichenden Nährstoffversorgung und wahrscheinlich ruhigen Windverhältnissen erklären. Das rekonstruierte δ18Olw reagiert auf den deglazialen Klimawandel mit einem zweistufigen Anstieg. Eine Kombination von zunehmender temperaturbedingter Evaporation und mehr 18O angereicherten Niederschlägen führte zum ersten Anstieg um ca. 2‰ während des Zeitraums von 17,600 bis 15,600 cal. BP. Nach einer tausendjährigen Phase, in der das rekonstruierte δ18Olw um bis zu 0.7‰ zurückging, setzte sich der ausgeprägte Anstieg seit 14,600 cal. BP weiter fort, was jetzt als eine Folge von verstärkter windbedingte Evaporation interpretiert werden kann. Seit 13,000 cal. BP hat die SHW einen beherrschenden Einfluss auf den Wasserhaushalt der Laguna Potrok Aike ausgeübt. Zum Beginn des Frühholozäns näherte sich der See einem neuen Zustand mit reduzierter Primärproduktivität, die wahrscheinlich durch ungünstige Wachstumsbedingungen wie verstärkte Windintensität und Nährstoffmangel nach der vorhergehenden Phase mit hoher Produktivität verursacht wurde. Im Allgemeinen spiegelt das Entwicklungsprofil des Wasserhaushalts und der Primärproduktivität in Laguna Potrok Aike die Bildung eines Steppenklimas mit starker Evaporation in Südpatagonien im Laufe der letzten Deglaziation wider.

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