The aeolian sedimentary system along the transition between the Qilian Shan and northern Chinese drylands during the late Quaternary

  • Das äolische Sedimentsystem am Übergang von Qilian Shan und nordchinesischen Wüsten während des Spätquartärs

Nottebaum, Veit; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Diekmann, Bernhard (Thesis advisor)

Aachen (2016)
Doktorarbeit

Dissertation, RWTH Aachen, 2016

Kurzfassung

Atmosphärische Zirkulationssysteme und zugehörige Winde transportieren Luftmassen und –feuchtigkeit. So steuern sie die klimatischen Ausprägungen einer Region und transportieren Sedimentpartikel je nach Windgeschwindigkeit und Korngröße. Bei anhaltend geeigneten Akkumulationsbedingungen entstehen daher wertvolle Paläoumweltarchive. In Zentralasien interagieren großräumige Windsysteme (z.B. die nordhemisphärische Westwindzirkulation und das asiatische Monsunsystem). Dies betrifft insbesondere die Übergangsräume zwischen Tibet-Plateau, chinesischem Lössplateau und nord-chinesischer Wüsten. Die vorliegende Arbeit fasst Ergebnisse und Interpretationen zur Verbreitung äolischer Sedimente sowie beteiligter Transportprozesse zusammen und liefert eine Rekonstruktion der Paläoumweltbedingungen der letzten 12.000 Jahre. Ein besonderer Fokus liegt dabei auf der Bedeutung mesoskaliger geomorphologischer Einflüsse auf die Sedimentationsbedingungen in einem zeitlichen und räumlichen Kontext.Das Untersuchungsgebiet erstreckt sich entlang der nördlichen Qilian Shan-Abdachung, in dem fast 800 Proben für eine sedimentologische Auswertung (v.a. durch Korngrößenanalysen) und 58 Proben zur Datierung mittels optisch stimulierter Lumineszenz genommen wurden. Diese Proben entstammen Oberflächen und vertikalen Profilen in unterschiedlichen geomorphologischen Positionen (Terrassen, Hänge, Kuppen). Oberflächenproben dienen der Erfassung von Verbreitungsmustern verschiedener Sedimenttypen. Profile lassen über die Datierung Rückschlüsse auf zeitliche Veränderungen der Ablagerungs- und Umweltbedingungen zu. Eine Klassifikation der Sedimente, basierend auf Korngrößenanalysen ergibt sechs Haupttypen, darunter Löss und äolische Sande. Zwischen dem teilweise vergletscherten Qilian Shan-Gebirge (<5700 m ü.M.) und seinem semi-ariden Vorland (Hexi Korridor; <2000 m ü.M.) werden drei sedimentologische Landschaftseinheiten auf Basis der Sedimenttypen unterschieden: I) Die Glazial-Periglazial-Stufe (>3800 m ü.M.) wird repräsentiert von periglazialem Hangschutt und glazifluvialen Sedimenten. II) Die Lössstufe zwischen 3800 und 2000 m ü.M. wird von (Schwemm-)Lössen dominiert. III) In der Vorlandstufe, unterhalb von 2000 m ü.M. verzahnen sich äolische Sande mit Schwemmlössen, lakustrinen Sedimenten und von Deflation geprägten Steinpflasteroberflächen. Die Korngrößenzusammensetzungen der Lösse werden mit zunehmender Höhe feiner. Dies wird durch einen erhöhten relativen Eintrag aus dem Ferntransport erklärt, der vornehmlich der Westwindzirkulation in Höhen über 3000 m ü.M zugeschrieben wird. Darüber hinaus fehlen ergiebige Sandquellen in Form fluvialer Zwischenspeicher im Hochgebirgsrelief, da schmale Kerbtäler großflächige Deposition und Deflation verhindern. Dass fluviale Sedimente wichtige Sandquellen für den äolischen Transport darstellen, lässt sich im Vorland nachweisen: Der Sandanteil ist nahe der fluvialen Transportpfade hoch und nimmt mit zunehmender horizontaler Entfernung ab. Der letzte Zyklus von Lössablagerungen begann während des Übergangs vom Pleistozän zum Holozän um etwa 12 ka. Durch eine statistische Entmischung (End-Member-Analyse) der Korngrößenverteilungen konnten drei dominante Transportprozesse, die zur Lössakkumulation beitragen, identifiziert werden. Diese sind I) Nahtransport von Sanden aus fluvialen Zwischenspeichern, II) Saltation und Suspension in Staubsturmereignissen und III) Ferntransport in hohen Suspensionswolken. Der Anteil jedes Transportprozesses in einer Probe kann über die End-Member-Analyse quantifiziert werden. Da dieser Anteil von den gegebenen geomorphologischen Bedingungen abhängig ist, lässt sich daraus die Landschaftsentwicklung diskutieren. Die Interpretation ergibt drei Phasen während der letzten 12 ka. Während der einsetzenden Lössablagerung ist der Anteil des Nahtransports hoch, was auf hohe fluviale Sedimentbereitstellung hinweist. Dies lässt auf ein eher instabiles Landschaftssystem schließen, das noch immer von Sedimenten aus der eiszeitlich erhöhten Sedimentproduktion gespeist wird. Im Laufe des Frühholozäns nimmt die Lokalkomponente zugunsten der Fernkomponente ab. Mittelholozäne Lösse weisen ein Maximum der Fernkomponente auf, was stabile Landschaftsbedingungen impliziert, unter denen Sandquellen aufgrund der nun weitestgehend geschlossenen Lössbedeckung der Schwemmfächer und der relativ dichten Vegetation nur sehr eingeschränkt verfügbar waren. Insgesamt kann hieraus auf eine mittelholozäne Stabilitätsphase in den Lössgebieten geschlossen werden. Während des Spätholozäns geht der Anteil des Ferntransports zu Gunsten des Staubsturmeintrags zurück. Dieser weist auf erhöhte Trockenheit in den Quellgebieten der Staubstürme hin (lakustrine und fluviale Zwischenspeicher in den nördlichen Wüsten und Schwemmfächern). Während äolische Sande im zentralen Hexi Korridor im Holozän immer wieder umgelagert wurden, fehlen vergleichbare Akkumulationen im westlichen Teil. Hier dominierten Deflationsprozesse nach einem spätglazialen Sedimentationspuls um 12 ka. Im Westteil liegen die Gründe in der fehlenden Sedimentbereitstellung während des Holozäns. Im zentralen Hexi Korridor war durch höhere Niederschläge und perennierende Flüsse die Sedimentverfügbarkeit durchgängig gegeben. Der Vergleich von Löss- und äolischen Sandarchiven zeigt deutliche Unterschiede in der Reaktion auf veränderte Umweltbedingungen. Nicht zuletzt auch, weil diese Archive in unterschiedlichen geomorphologischen Landschaftseinheiten entstehen. Löss wird auf stabilen Oberflächen und nur bei ausreichender Vegetationsdecke (also feuchteren Klimabedingungen) akkumuliert. Sandarchive im Vorland profitieren von der erhöhten fluvialen Aktivität und Sedimentbereitstellung, sind damit aber auch immer wieder fluvialen und äolischen Umlagerungen unterworfen, während Lössablagerungen auf den Terrassen, fern von starker fluvialer Morphodynamik, stabiler sind. Die Sedimentbereitstellung wird als limitierender Faktor für die Bildung äolischer Sandarchive im Hexi Korridor herausgestellt. Dasselbe gilt für die Grobfraktion in Lössen des Qilian Shan. Die Bereitstellung von Schluffpartikeln war vermutlich mindestens seit dem letzten Glazial durchgängig gegeben. Es ist hervorzuheben, dass der Vergleich benachbarter geomorphologischer Einheiten und ihrer äolischen Sedimentarchive vielversprechende Rückschlüsse I) über Sediment-transportprozesse als Teil einer größeren Sedimentkaskade und damit, II) auf Paläoumweltbedingungen zulassen.

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