Paleoclimatic implications from late Quaternary terrestrial archives in the Gobi Desert : examples from the Ejina Basin and Orog Nuur Basin

  • Paläoklimatische Implikationen von spätquartären terrestrischen Archiven in der Wüste Gobi : Beispiele aus dem Ejina Becken und dem Orog Nuur Becken

Yu, Kaifeng; Lehmkuhl, Frank (Thesis advisor); Diekmann, Bernhard (Thesis advisor)

Aachen (2016, 2017)
Doktorarbeit

Dissertation, Rheinisch-Westfälische Technische Hochschule Aachen, 2016

Kurzfassung

Beachtliche Versuche sind unternommen worden, um die hygrische und thermische Entwicklung des ariden Zentralasiens im Spätquartär zu entschlüsseln. Allerdings sind das allgemeine Schema der hygrischen und thermischen Entwicklung des ariden Zentralasiens im Quartär sowie die zugrundeliegende Mechanismen noch nicht umfassend verstanden.Das Ejina-Becken in der Inneren Mongolei (China) hat unterschiedliche Sedimentarchive und ist als eine der Hauptquellen für die Lössakkumulation auf dem Chinesischen Lössplateau bekannt. Um die Mechanismen entlang der überregionalen Sedimentkaskaden zu verstehen, ist es notwendig, die Archiveigenschaften und Bildungsprozesse zu entschlüsseln. Um diese Fragen zu beantworten wurden fünf Profile in unterschiedlichen geomorphologischen Kontexten ausgewählt. Die Untersuchungsergebnisse zeigen, dass die fünf Sedimentarchive aus drei lithologischen Einheiten folgende geochemische Charakteristika aufweisen: (i) äolische Sande haben höhere Zirconium- und Hafnium-Gehalte, wobei nur Hafnium als verwertbarer Indikator für den Grobsandanteil betrachtet werden kann; (ii) sandiger Löss hat höhere Kalzium- und Strontium-Gehalte, welche beide eine deutliche Korrelation mit Mittel- und Grobschluffanteilen aufweisen; (iii) lakustrische Tone haben höhere Gehalte an felsischen, ferromagnesiumhaltigen und Glimmer-Ausgangselementen, wie z.B. Kalium, Eisen, Titan, Vanadium, und Nickel; (iv) fluviale Sande haben höhere Magnesium-, Chlor- und Natrium-Gehalte, welche in Evaporitmineralen angereichert sein können; (v) alluviale Kiese haben höhere Chrom-Gehalte, welche von nahe gelegenen Chrom-reichen Gestein stammen könnten. Zeitliche Variationen können anhand von vier Faktoren veranschaulicht werden: Verwitterungsintensität, Anteil an Silikathaltigen Mineralien, salzhaltiger Magnitude und Ausmaß an quasi-konstantem äolischem Eintrag. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass die Zusammensetzung der Sedimente aus dem späten Quartär in diesem ariden Kontext durch die Reliefbedingungen der Sedimentquelles, durch eine schwache chemische Verwitterung, authigener Minerale sowie äolischen Sandeintrags bestimmt werden. Pedogenese und Diagenese üben nur einen geringen Einfluss aus.Zwei parallele Kernbohrungen (ONW I, 6.00 m; ONW II, 13.35 m) vom Orog Nuur (Nuur = See) See in der Gobi Wüste der Mongolei wurden näher analysiert. Es gibt viele Belege für einen ausgeprägten Feuchtigkeitsimpuls während des marinen Isotopenstadiums 3 (MIS 3; ~36-~24 ka), welcher auch den maximalen letztglazialen Eisvorstoß im Khangai Gebirge hervorgerufen haben könnte. Ein scharfer Übergang am Ende der letzten Eiszeit (~11 ka) wird mittels geochemischen, palynologischen und Ostrakodendaten nachgewiesen. Das untere Einzugsgebiet des Orog Nuur war im Pleistozän durch Artemisia Steppengesellschaften dominiert und veränderte sich im Holozän allmählich zur Chenopodiaceae-Wüstensteppe. Das frühe Holozän ist ebenso durch eine relativ feuchte Umwelt gekennzeichnet, wenn auch eine gegenläufige Variabilität der hygrischen und Temperatursignale zwischen den palynologischen und gesamt-geochemischen Signalen abgeleitet werden können. Der holozäne Wasserkörper zeigt alkalische Bedingungen und war häufig allochthonen Sedimenteinträgen sowie höherer limnischer Sauerstoffzufuhr als im späten Pleistozän ausgesetzt. Dadurch wurden Phasen anoxischer Bedingungen im See verringert. Die zwei genannten Feuchteimpulse könnten ein weit verbreitetes Phänomen im trockenen Zentralasien sein, welches in zahlreichen Archiven dokumentiert wurde. Betrachtet man die atmosphärische Kinetik, scheinen die gekoppelten atmosphärische Phänomene des Ostasiatischen Sommermonsuns (East Asian Summer Monsoon; EASM) und eine verstärkte Feuchtigkeitzufuhr durch die Westwinde die treibenden Mechanismen zu sein. Diese gekoppelte Funktionsweise könnte durch die Schwankungen der Solareinstrahlung in borealen Breiten moduliert worden sein. Des Weiteren wurden in den Bohrkernen vier aride Phasen, repräsentiert durch Playa-Phasen, nachgewiesen: Um ~47 ka, ~37 ka, ~19 ka (gLGM) und ~13-~11 ka (Jüngere Dryas). Der geringere Feuchtetransport über die Westwinde sowie ein abgeschwächter Ostasiatischer-Monsun könnte zur Ausprägung dieser Playa-Phasen beigetragen haben.Kontinuierliche, hochauflösende Elementhäufigkeiten wurden in 1 cm-Intervallen im Bohrkern ONW II untersucht. Aufgrund der vorherrschenden Ton- oder schluffigen Tonfraktion in den Sedimenten, zeigen Aluminium und Silizium weitgehend ein identisches Muster. Die Verhaltensweisen von Kalzium können auf die Varianz des authigenen Kalzits zurückgeführt werden. Mangan und Kobalt fungieren als aussagekräftige Indikatoren für Redoxbedingungen. Wegen der kurzen Überdeckungszeit und der schwachen diagenetischen Überprägung ist Eisen kein Indikator für die diagenetischen Prozesse. Zirkon kann wahrscheinlich mit den fluvialen Sedimenten in Verbindung gebracht werden, wenn man sich auf die Deckgesteine bezieht. Nicht aber notwendigerweise mit den äolischen Sanden. Darüber hinaus könnte das Vorkommen von Schwefel in Seesedimenten die Redoxbedingung anzeigen. Kalium ist eher mit K-Feldspat verknüpft, was mit allochthonen fluvialen Einträgen in Zusammenhang gebracht werden kann. Die zwei mit dem letztglazialen Kältemaximum (LGM) und der Jüngeren Tundrenzeit (YD = Younger Dryas) - Ereignissen einhergehenden Sandschichten, werden durch grobkörnige Sande in den Bohrkern angezeigt. Wie aus dem Biplot zwischen Ca und Al/Si abgeleitet werden kann, kommen unterschiedliche sedimentäre Oberflächen als Quellen der lakustrinen Ablagerungen vor und nach dem Ende des Pleistozäns in Frage. Im Holozän scheint im Vergleich zum späten Pleistozän ein deutlich alkalisches Seesystem vorzuherrschen. Darauf deuten eine verstärkte fluviale Morphodynamik und effektivere Erosion in den oberen Einzugsgebieten des Orog Nuur während des frühen Holozäns hin. In ariden Gebieten, können Sande einen signifikanten Einfluss auf die Gesamt-geochemie der Seesedimente ausüben. Zusammenfassend kann festgehalten werden, dass angesichts der Gesamt-geochemie lakustrischer Sedimente, das Paläoklima nicht der einzig bestimmende Faktor sein muss, sondern die Kopplung der Einflüsse von Ausgangsgesteinen und die Verwitterungsintensität ebenso entscheidenden Einfluss haben.