TY  - THES
A1  - Neugebauer, Ina
T1  - Reconstructing climate from the Dead Sea sediment record using high-resolution micro-facies analyses
T1  - Klimarekonstruktion an Sedimentkernen des Toten Meeres an Hand hochaufgelöster Mikrofaziesanalysen
T2  - Dissertation
N2  - The sedimentary record of the Dead Sea is a key archive for reconstructing climate in the eastern Mediterranean region, as it stores the environmental and tectonic history of the Levant for the entire Quaternary. Moreover, the lake is located at the boundary between Mediterranean sub-humid to semi-arid and Saharo-Arabian hyper-arid climates, so that even small shifts in atmospheric circulation are sensitively recorded in the sediments. This DFG-funded doctoral project was carried out within the ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) that intended to gain the first long, continuous and high-resolution sediment core from the deep Dead Sea basin. The drilling campaign was performed in winter 2010-11 and more than 700 m of sediments were recovered. The main aim of this thesis was (1) to establish the lithostratigraphic framework for the ~455 m long sediment core from the deep Dead Sea basin and (2) to apply high-resolution micro-facies analyses for reconstructing and better understanding climate variability from the Dead Sea sediments. 
Addressing the first aim, the sedimentary facies of the ~455 m long deep-basin core 5017-1 were described in great detail and characterised through continuous overview-XRF element scanning and magnetic susceptibility measurements. Three facies groups were classified: (1) the marl facies group, (2) the halite facies group and (3) a group involving different expressions of massive, graded and slumped deposits including coarse clastic detritus. Core 5017-1 encompasses a succession of four main lithological units. Based on first radiocarbon and U-Th ages and correlation of these units to on-shore stratigraphic sections, the record comprises the last ca 220 ka, i.e. the upper part of the Amora Formation (parts of or entire penultimate interglacial and glacial), the last interglacial Samra Fm. (~135-75 ka), the last glacial Lisan Fm. (~75-14 ka) and the Holocene Ze’elim Formation. A major advancement of this record is that, for the first time, also transitional intervals were recovered that are missing in the exposed formations and that can now be studied in great detail.
Micro-facies analyses involve a combination of high-resolution microscopic thin section analysis and µXRF element scanning supported by magnetic susceptibility measurements. This approach allows identifying and characterising micro-facies types, detecting event layers and reconstructing past climate variability with up to seasonal resolution, given that the analysed sediments are annually laminated. Within this thesis, micro-facies analyses, supported by further sedimentological and geochemical analyses (grain size, X-ray diffraction, total organic carbon and calcium carbonate contents) and palynology, were applied for two time intervals:
(1) The early last glacial period ~117-75 ka was investigated focusing on millennial-scale hydroclimatic variations and lake level changes recorded in the sediments. Thereby, distinguishing six different micro-facies types with distinct geochemical and sedimentological characteristics allowed estimating relative lake level and water balance changes of the lake. Comparison of the results to other records in the Mediterranean region suggests a close link of the hydroclimate in the Levant to North Atlantic and Mediterranean climates during the time of the build-up of Northern hemisphere ice sheets during the early last glacial period.
(2) A mostly annually laminated late Holocene section (~3700-1700 cal yr BP) was analysed in unprecedented detail through a multi-proxy, inter-site correlation approach of a shallow-water core (DSEn) and its deep-basin counterpart (5017-1). Within this study, a ca 1500 years comprising time series of erosion and dust deposition events was established and anchored to the absolute time-scale through 14C dating and age modelling. A particular focus of this study was the characterisation of two dry periods, from ~3500 to 3300 and from ~3000 to 2400 cal yr BP, respectively. Thereby, a major outcome was the coincidence of the latter dry period with a period of moist and cold climate in Europe related to a Grand Solar Minimum around 2800 cal yr BP and an increase in flood events despite overall dry conditions in the Dead Sea region during that time. These contrasting climate signatures in Europe and at the Dead Sea were likely linked through complex teleconnections of atmospheric circulation, causing a change in synoptic weather patterns in the eastern Mediterranean.
In summary, within this doctorate the lithostratigraphic framework of a unique long sediment core from the deep Dead Sea basin is established, which serves as a base for any further high-resolution investigations on this core. It is demonstrated in two case studies that micro-facies analyses are an invaluable tool to understand the depositional processes in the Dead Sea and to decipher past climate variability in the Levant on millennial to seasonal time-scales. Hence, this work adds important knowledge helping to establish the deep Dead Sea record as a key climate archive of supra-regional significance.
N2  - Die Sedimente des Toten Meeres stellen ein wichtiges Archiv für Klimarekonstruktionen im ostmediterranen Raum dar, da die gesamte quartäre Umwelt- und Tektonikgeschichte der Levante darin gespeichert ist. Außerdem führt die Lage des Sees im Grenzbereich zwischen mediterranem subhumidem bis semiaridem Klima und saharo-arabischem hyperaridem Klima dazu, dass selbst kleine Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation sensibel in den Sedimenten verzeichnet werden. Diese Doktorarbeit wurde von der DFG finanziert und im Rahmen des ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) durchgeführt, welches sich zur Aufgabe gestellt hat, den ersten langen, kontinuierlichen und hoch aufgelösten Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erlangen. Die Bohrkampagne fand im Winter 2010-11 statt, bei der mehr als 700 m Sedimente geteuft wurden. Die Zielsetzung dieser Doktorarbeit beinhaltete (1) den lithostratigraphischen Rahmen für den ~455 m langen Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erarbeiten und (2) hoch aufgelöste Mikrofazies-Analysen an den Sedimenten des Toten Meeres anzuwenden, um Klimavariabilität rekonstruieren und besser verstehen zu können.
Bezüglich erst genannter Zielsetzung wurden die Sedimentfazies des ~455 m langen Kerns 5017 1 vom tiefen Becken detailliert beschrieben und an Hand kontinuierlicher XRF Elementscanner-Daten und Messungen der magnetischen Suszeptibilität charakterisiert. Drei Faziesgruppen wurden unterschieden: (1) die Mergel-Faziesgruppe, (2) die Halit-Faziesgruppe und (3) eine verschiedene Ausprägungen massiver, gradierter oder umgelagerter Ablagerungen sowie grob-klastischen Detritus umfassende Gruppe. Der Kern 5017-1 ist durch die Abfolge von vier lithologischen Haupt-Einheiten charakterisiert. Basierend auf ersten Radiokarbon- und U Th- Altern und Korrelation dieser Einheiten mit den am Ufer aufgeschlossenen stratigraphischen Abschnitten, umfasst der Datensatz die letzten ca 220 Tausend Jahre (ka), einschließlich des oberen Abschnitts der Amora-Formation (Teile von oder gesamtes vorletztes Interglazial und Glazial), die Samra-Fm. des letzten Interglazials (~135-75 ka), die Lisan-Fm. des letzten Glazials (~75-14 ka) und die holozäne Ze’elim-Formation. Ein entscheidender Fortschritt dieses Records ist, dass erstmals Übergangsbereiche erfasst wurden, die in den aufgeschlossenen Formationen fehlen und nun detailliert studiert werden können.
Mikrofazies-Analysen umfassen eine Kombination hoch aufgelöster mikroskopischer Dünnschliff-Analysen und µXRF Elementscanning, die durch die Messung der magnetischen Suszeptibilität unterstützt werden. Dieser Ansatz erlaubt es, Mikrofazies-Typen zu identifizieren und zu charakterisieren, Eventlagen aufzuzeichnen und die Klimavariabilität der Vergangenheit mit bis zu saisonaler Auflösung zu rekonstruieren, vorausgesetzt, dass die zu analysierenden Sedimente jährlich laminiert sind. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden Mikrofazies-Analysen für zwei Zeitabschnitte angewendet, unterstützt durch weitere sedimentologische und geochemische Analysen (Korngrößen, Röntgen-Diffraktometrie, gesamter organischer Kohlenstoff- und Kalziumkarbonat-Gehalte) sowie Palynologie.
(1) Das frühe letzte Glazial ~117-75 ka wurde hinsichtlich hydroklimatischer Variationen und in den Sedimenten verzeichneter Seespiegeländerungen auf tausendjähriger Zeitskala untersucht. Dabei wurden sechs verschiedene Mikrofazies-Typen mit unterschiedlichen geochemischen und sedimentologischen Charakteristika bestimmt, wodurch relative Änderungen des Seespiegels und der Wasserbilanz des Sees abgeschätzt werden konnten. Ein Vergleich der Ergebnisse mit anderen Records aus dem Mittelmeerraum lässt vermuten, dass das Hydroklima der Levante eng mit dem nordatlantischen und mediterranen Klima während der Zeit des Aufbaus nordhemisphärischer Eisschilde im frühen letzten Glazial verknüpft war.
(2) Ein weitestgehend jährlich laminierter spätholozäner Abschnitt (~3700-1700 kal. J. BP – kalibrierte Jahre vor heute) wurde in größtem Detail an Hand eines Multiproxie-Ansatzes und durch Korrelation eines Flachwasser-Bohrkerns (DSEn) mit seinem Gegenstück aus dem tiefen Becken (5017-1) untersucht. In dieser Studie wurde eine ca. 1500 Jahre umfassende Zeitreihe von Erosions- und Staubablagerungs-Ereignissen erstellt und an Hand von 14C-Datierung und Altersmodellierung mit der absoluten Zeitskala verankert. Ein besonderer Fokus dieser Studie lag in der Charakterisierung zweier Trockenphasen, von ~3500 bis 3300 beziehungsweise von ~3000 bis 2400 kal. J. BP. Dabei war ein wichtiges Resultat, dass letztgenannte Trockenphase mit einer Phase feuchten und kühlen Klimas in Europa, in Zusammenhang mit einem solaren Minimum um 2800 kal. J. BP, zusammen fällt und dass trotz der generell trockeneren Bedingungen in der Toten Meer Region zu dieser Zeit verstärkt Flutereignisse verzeichnet wurden. Diese unterschiedlichen Klimasignaturen in Europa und am Toten Meer waren wahrscheinlich durch komplexe Telekonnektionen der atmosphärischen Zirkulation verknüpft, was eine Veränderung synoptischer Wettermuster im ostmediterranen Raum zur Folge hatte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass innerhalb dieser Doktorarbeit der lithostratigraphische Rahmen eines einzigartigen, langen Sedimentkerns vom tiefen Becken des Toten Meeres erstellt wurde, welcher als Basis für jegliche weitere hoch aufgelöste Untersuchungen an diesem Kern dient. In zwei Fallstudien wird demonstriert, dass Mikrofazies-Analysen ein unschätzbares Werkzeug darstellen, Ablagerungsprozesse im Toten Meer zu verstehen und die Klimavariabilität der Vergangenheit in der Levante auf tausendjährigen bis saisonalen Zeitskalen zu entschlüsseln. Diese Arbeit enthält daher wichtige Erkenntnisse, die dabei helfen die Schlüsselstellung des Records vom tiefen Toten Meer als Klimaarchiv überregionaler Bedeutung zu etablieren.
KW  - Dead Sea
KW  - palaeoclimate
KW  - lake sediments
KW  - varves
KW  - Totes Meer
KW  - Paläoklima
KW  - Seesedimente
KW  - Warven
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85266
ER  - 
TY  - THES
A1  - Lauterbach, Stefan
T1  - Lateglacial to Holocene climatic and environmental changes in Europe : multi-proxy studies on lake sediments along a transect from northern Italy to northeastern Poland
T1  - Spätglaziale und holozäne Klima- und Umweltveränderungen in Europa : Multiproxy-Untersuchungen an Seesedimenten entlang eines Transekts zwischen Norditalien und Nordostpolen
N2  - Sediment records of three European lakes were investigated in order to reconstruct the regional climate development during the Lateglacial and Holocene, to investigate the response of local ecosystems to climatic fluctuations and human impact and to relate regional peculiarities of past climate development to climatic changes on a larger spatial scale. The Lake Hańcza (NE Poland) sediment record was studied with a focus on reconstructing the early Holocene climate development and identifying possible differences to Western Europe. Following the initial Holocene climatic improvement, a further climatic improvement occurred between 10 000 and 9000 cal. a BP. Apparently, relatively cold and dry climate conditions persisted in NE Poland during the first ca. 1500 years of the Holocene, most likely due to a specific regional atmospheric circulation pattern. Prevailing anticyclonic circulation linked to a high-pressure cell above the remaining Scandinavian Ice Sheet (SIS) might have blocked the eastward propagation of warm and moist Westerlies and thus attenuated the early Holocene climatic amelioration in this region until the final decay of the SIS, a pattern different from climate development in Western Europe. The Lateglacial sediment record of Lake Mondsee (Upper Austria) was investigated in order to study the regional climate development and the environmental response to rapid climatic fluctuations. While the temperature rise and environmental response at the onset of the Holocene took place quasi-synchronously, major leads and lags in proxy responses characterize the onset of the Lateglacial Interstadial. In particular, the spread of coniferous woodlands and the reduction of detrital flux lagged the initial Lateglacial warming by ca. 500–750 years. Major cooling at the onset of the Younger Dryas took place synchronously with a change in vegetation, while the increase of detrital matter flux was delayed by about 150–300 years. Complex proxy responses are also detected for short-term Lateglacial climatic fluctuations. In summary, periods of abrupt climatic changes are characterized by complex and temporally variable proxy responses, mainly controlled by ecosystem inertia and the environmental preconditions. A second study on the Lake Mondsee sediment record focused on two small-scale climate deteriorations around 8200 and 9100 cal. a BP, which have been triggered by freshwater discharges to the North Atlantic, causing a shutdown of the Atlantic meridional overturning circulation (MOC). Combining microscopic varve counting and AMS 14C dating yielded a precise duration estimate (ca. 150 years) and absolute dating of the 8.2 ka cold event, both being in good agreement with results from other palaeoclimate records. Moreover, a sudden temperature overshoot after the 8.2 ka cold event was identified, also seen in other proxy records around the North Atlantic. This was most likely caused by enhanced resumption of the MOC, which also initiated substantial shifts of oceanic and atmospheric front systems. Although there is also evidence from other proxy records for pronounced recovery of the MOC and atmospheric circulation changes after the 9.1 ka cold event, no temperature overshoot is seen in the Lake Mondsee record, indicating the complex behaviour of the global climate system. The Holocene sediment record of Lake Iseo (northern Italy) was studied to shed light on regional earthquake activity and the influence of climate variability and anthropogenic impact on catchment erosion and detrital flux into the lake. Frequent small-scale detrital layers within the sediments reflect allochthonous sediment supply by extreme surface runoff events. During the early to mid-Holocene, increased detrital flux coincides with periods of cold and wet climate conditions, thus apparently being mainly controlled by climate variability. In contrast, intervals of high detrital flux during the late Holocene partly also correlate with phases of increased human impact, reflecting the complex influences on catchment erosion processes. Five large-scale event layers within the sediments, which are composed of mass-wasting deposits and turbidites, are supposed to have been triggered by strong local earthquakes. While the uppermost of these event layers is assigned to a documented adjacent earthquake in AD 1222, the four other layers are supposed to be related to previously undocumented prehistorical earthquakes.
N2  - Sedimente aus drei europäischen Seen wurden untersucht um die regionale Klimaentwicklung während des Spätglazials und Holozäns und die Reaktion der Ökosysteme auf Klimaschwankungen und menschlichen Einfluss zu rekonstruieren sowie die regionalen Besonderheiten der spätquartären Klimaveränderungen in einen überregionalen Kontext zu setzen. Die Sedimente des Jezioro Hańcza (Nordostpolen) wurden im Hinblick auf die frühholozäne Klimaentwicklung und die Identifikation möglicher Unterschiede gegenüber Westeuropa untersucht. Im Anschluss an die Erwärmung zu Beginn des Holozäns konnte eine weitere Verbesserung der Klimabedingungen zwischen 10 000 und 9000 Jahren vor heute nachgewiesen werden. Offensichtlich herrschten in Nordostpolen während der ersten 1500 Jahre des Holozäns noch relative kalte und trockene Klimabedingungen, höchstwahrscheinlich als Resultat besonderer regionaler atmosphärischer Zirkulationsverhältnisse. Eine antizyklonale Zirkulationszelle als Resultat eines Hochdruckgebiets über dem Rest des Skandinavischen Eisschilds verhinderte wahrscheinlich das Vordringen warmer und feuchter Luftmassen aus Westen und verursachte damit eine Abschwächung der frühholozänen Klimaverbesserung in dieser Region bis zum endgültigen Zerfall des Eisschilds, was grundsätzlich von der frühholozänen Klimaentwicklung in Westeuropa abweicht. Die spätglazialen Sedimente des Mondsees (Oberösterreich) wurden im Hinblick auf die regionale Klimaentwicklung und die Reaktion des Ökosystems auf abrupte Klimaschwankungen untersucht. Während die Erwärmung zu Beginn des Holozäns von einer zeitgleichen Reaktion des Ökosystems begleitet wurde, war die Reaktion des Ökosystems auf die Erwärmung zu Beginn des Spätglazials deutlich verzögert. Insbesondere die Ausbreitung von Nadelwäldern und die Reduktion des klastischen Eintrags folgten der spätglazialen Erwärmung erst mit einer Verzögerung von ca. 500–750 Jahren. Die Abkühlung zu Beginn der Jüngeren Dryas war durch eine deutliche Synchronizität zwischen Temperatur- und Vegetationsänderung gekennzeichnet, wohingegen der Anstieg des klastischen Eintrags erst 150–300 Jahre verzögert folgte. Eine komplexe Reaktion des Ökosystems zeigt sich auch während kurzfristiger spätglazialer Klimaschwankungen. Zusammenfassend lässt sich sagen, dass abrupte Klimaveränderungen durch komplexe und zeitlich variable Reaktionsmuster des Ökosystems gekennzeichnet sind, die hauptsächlich von dessen Klimasensitivität und den ökologischen Ausgangsbedingungen abhängen. Eine zweite Studie an den Sedimenten des Mondsees konzentrierte sich auf zwei Klimaschwankungen vor ca. 8200 und 9100 Jahren, für die Schmelzwassereintrag in den Nordatlantik und ein damit verbundenes Zusammenbrechen der thermohalinen Zirkulation als Ursache angesehen wird. Durch Warvenzählungen und 14C-Datierungen konnten sowohl die Dauer (ca. 150 Jahre) als auch das absolute Alter der Kältephase vor ca. 8200 Jahren zuverlässig bestimmt werden, welche in guter Übereinstimmung mit Resultaten aus anderen Paläoklimaarchiven stehen. Darüber hinaus wurde eine kurze Warmphase direkt im Anschluss an das Abkühlungsereignis identifiziert, die auch in anderen Klimaarchiven im nordatlantischen Raum nachweisbar ist. Diese wurde wahrscheinlich durch ein Wiedererstarken der thermohalinen Zirkulation verursacht, welches darüber hinaus eine Verschiebung ozeanischer und atmosphärischer Frontsysteme zur Folge hatte. Obwohl andere Klimaarchive auch nach dem Abkühlungsereignis vor ca. 9100 Jahren auf ein Wiedererstarken der thermohalinen Zirkulation hindeuten, finden sich in den Sedimenten des Mondsees keine Anzeichen für eine solche Wärmeperiode, was die Komplexität des globalen Klimasystems verdeutlicht. Die holozänen Sedimente des Lago d’Iseo (Norditalien) wurden im Hinblick auf die regionale Erdbebenaktivität und den Einfluss von Klima und Mensch auf Erosionsprozesse im Einzugsgebiet und den klastischen Eintrag in den See untersucht. Zahlreiche kleinere detritische Lagen in den Sedimenten spiegeln Eintrag durch extreme Oberflächenabflussereignisse wieder. Während des Früh- und Mittelholozäns zeigt sich eine deutliche Übereinstimmung zwischen erhöhtem klastischen Eintrag und kühleren und feuchteren Klimaverhältnissen, was auf einen dominanten Einfluss der natürlichen Klimavariabilität hindeutet. Im Gegensatz dazu zeigen Phasen erhöhten klastischen Eintrags während des Spätholozäns teilweise auch eine Korrelation mit erhöhter Siedlungsaktivität, was die Komplexität der Einflüsse auf Erosionsprozesse im Einzugsgebiet verdeutlicht. Darüber hinaus konnten auch fünf größere Ereignislagen nachgewiesen werden, welche durch Rutschmassen und Turbidite gekennzeichnet sind und für die lokale Erdbeben als Ursache vermutet werden. Die jüngste Ereignislage kann mit einem historisch dokumentierten proximalen Erdbeben im Jahr AD 1222 korreliert werden. Für die anderen vier Ereignislagen werden bisher undokumentierte prähistorische Erdbeben als Ursache angenommen.
KW  - Spätglazial
KW  - Holozän
KW  - Seesedimente
KW  - Paläoklima
KW  - Europa
KW  - Lateglacial
KW  - Holocene
KW  - lake sediments
KW  - palaeoclimate
KW  - Europe
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-58157
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kämpf, Lucas
T1  - Extreme events in geoarchives
T1  - Extremereignisse in Geoarchiven
BT  - deciphering processes of detrital flood layer formation in lake sediments
BT  - Bildung von Hochwasserlagen in Seesedimenten
N2  - A main limitation in the field of flood hydrology is the short time period covered by instrumental flood time series, rarely exceeding more than 50 to 100 years. However, climate variability acts on short to millennial time scales and identifying causal linkages to extreme hydrological events requires longer datasets. To extend instrumental flood time series back in time, natural geoarchives are increasingly explored as flood recorders. Therefore, annually laminated (varved) lake sediments seem to be the most suitable archives since (i) lake basins act as natural sediment traps in the landscape continuously recording land surface processes including floods and (ii) individual flood events are preserved as detrital layers intercalated in the varved sediment sequence and can be dated with seasonal precision by varve counting.
The main goal of this thesis is to improve the understanding about hydrological and sedimentological processes leading to the formation of detrital flood layers and therewith to contribute to an improved interpretation of lake sediments as natural flood archives. This goal was achieved in two ways: first, by comparing detrital layers in sediments of two dissimilar peri-Alpine lakes, Lago Maggiore in Northern Italy and Mondsee in Upper Austria, with local instrumental flood data and, second, by tracking detrital layer formation during floods by a combined hydro-sedimentary monitoring network at Lake Mondsee spanning from the rain fall to the deposition of detrital sediment at the lake floor.
Successions of sub-millimetre to 17 mm thick detrital layers were detected in sub-recent lake sediments of the Pallanza Basin in the western part of Lago Maggiore (23 detrital layers) and Lake Mondsee (23 detrital layers) by combining microfacies and high-resolution micro X-ray fluorescence scanning techniques (µ-XRF). The detrital layer records were dated by detailed intra-basin correlation to a previously dated core sequence in Lago Maggiore and varve counting in Mondsee. The intra-basin correlation of detrital layers between five sediment cores in Lago Maggiore and 13 sediment cores in Mondsee allowed distinguishing river runoff events from local erosion. Moreover, characteristic spatial distribution patterns of detrital flood layers revealed different depositional processes in the two dissimilar lakes, underflows in Lago Maggiore as well as under- and interflows in Mondsee. Comparisons with runoff data of the main tributary streams, the Toce River at Lago Maggiore and the Griesler Ache at Mondsee, revealed empirical runoff thresholds above which the deposition of a detrital layer becomes likely. Whereas this threshold is the same for the whole Pallanza Basin in Lago Maggiore (600 m3s-1 daily runoff), it varies within Lake Mondsee. At proximal locations close to the river inflow detrital layer deposition requires floods exceeding a daily runoff of 40 m3s-1, whereas at a location 2 km more distal an hourly runoff of 80 m3s-1 and at least 2 days with runoff above 40 m3s-1 are necessary. A relation between the thickness of individual deposits and runoff amplitude of the triggering events is apparent for both lakes but is obviously further influenced by variable influx and lake internal distribution of detrital sediment.
To investigate processes of flood layer formation in lake sediments, hydro-sedimentary dynamics in Lake Mondsee and its main tributary stream, Griesler Ache, were monitored from January 2011 to December 2013. Precipitation, discharge and turbidity were recorded continuously at the rivers outlet to the lake and compared to sediment fluxes trapped close to the lake bottom on a basis of three to twelve days and on a monthly basis in three different water depths at two locations in the lake basin, in a distance of 0.9 (proximal) and 2.8 km (distal) to the Griesler Ache inflow. Within the three-year observation period, 26 river floods of different amplitude (10-110 m3s-1) were recorded resulting in variable sediment fluxes to the lake (4-760 g m-2d-1). Vertical and lateral variations in flood-related sedimentation during the largest floods indicate that interflows are the main processes of lake internal sediment transport in Lake Mondsee. The comparison of hydrological and sedimentological data revealed (i) a rapid sedimentation within three days after the peak runoff in the proximal and within six to ten days in the distal lake basin, (ii) empirical runoff thresholds for triggering sediment flux at the lake floor increasing from the proximal (20 m3s-1) to the distal lake basin (30 m3s-1) and (iii) factors controlling the amount of detrital sediment deposition at a certain location in the lake basin. The total influx of detrital sediment is mainly driven by runoff amplitude, catchment sediment availability and episodic sediment input by local sediment sources. A further role plays the lake internal sediment distribution which is not the same for each event but is favoured by flood duration and the existence of a thermocline and, therewith, the season in which a flood occurred.
In summary, the studies reveal a high sensitivity of lake sediments to flood events of different intensity. Certain runoff amplitudes are required to supply enough detrital material to form a visible detrital layer at the lake floor. Reasonable are positive feedback mechanisms between rainfall, runoff, erosion, fluvial sediment transport capacity and lake internal sediment distribution. Therefore, runoff thresholds for detrital layer formation are site-specific due to different lake-catchment characteristics. However, the studies also reveal that flood amplitude is not the only control for the amount of deposited sediment at a certain location in the lake basin even for the strongest flood events. The sediment deposition is rather influenced by a complex interaction of catchment and in-lake processes. This means that the coring location within a lake basin strongly determines the significance of a flood layer record. Moreover, the results show that while lake sediments provide ideal archives for reconstructing flood frequencies, the reconstruction of flood amplitudes is a more complex issue and requires detailed knowledge about relevant catchment and in-lake sediment transport and depositional processes.
N2  - Die Erforschung von Hochwasserereignissen, ihrer Wiederkehrhäufigkeiten und Entwicklung im Zuge des prognostizierten Klimawandels wird durch die kurzen instrumentellen Datenreihen stark begrenzt. Diese umfassen selten mehr als die letzten 50 bis 100 Jahre. Das Klima verändert sich jedoch in kurzen bis hin zu sehr langen Zeiträumen, welche mehrere tausend Jahre umfassen können. Die Feststellung von Zusammenhängen zwischen Klimaänderungen und dem Auftreten von Hochwasserereignissen bedarf daher längerer Datenreihen. Aus diesem Grund sind in den letzten Jahren Geoarchive als Zeugen vergangener Hochwasserereignisse stärker in den Fokus der Forschung gerückt. Besonders geeignete Archive sind jährlich geschichtete Seesedimente, da Seen natürliche Senken für Stoffflüsse aus der Landschaft darstellen. Sedimenteinträge durch Hochwasserereignisse führen zur Bildung charakteristischer Lagen am Seeboden. Diese Eintragslagen können im Seesediment untersucht und aufgrund der Jahresschichtung mit saisonaler Präzision datiert werden.
Das Ziel der vorliegenden Arbeit ist es, das Verständnis über jene Prozesse, die zur Bildung solcher Hochwasserlagen in Seesedimenten führen, zu erweitern und damit zu einer verbesserten Interpretation von Seesedimenten als natürliche Hochwasserarchive beizutragen. Dieses Ziel wurde auf zwei Wegen verfolgt. Zum einen wurden einzelne Hochwasserlagen in zwei unterschiedlichen Seen, Lago Maggiore in Norditalien und Mondsee in Oberösterreich, mit instrumentellen Hochwasserdaten verglichen und zum anderen wurden Prozesse, die zur Bildung von Hochwasserlagen führen, durch ein umfassendes Messnetz im Mondsee überwacht.
Für den Vergleich der Hochwasserlagen mit instrumentellen Hochwasserdaten wurden zunächst die zum Teil unter einem Millimeter dünnen Sedimentlagen in den obersten Sedimentschichten aus dem Mondsee und der Pallanzabucht im Westen des Lago Maggiore mittels Mikroskopie und geochemischen Verfahren untersucht. Das Alter jeder einzelnen Lage wurde durch Zählung der Jahresschichten im Mondsee (23 Lagen zwischen 1976 und 2005) und im Lago Maggiore durch detaillierte Korrelation zu einer bereits datierten Kernsequenz (23 Lagen zwischen 1965 und 2006) bestimmt. Die Verbindung der einzelnen Hochwasserlagen zwischen fünf Sedimentkernen im Lago Maggiore und 13 Sedimentkernen im Mondsee zeigte verschiedene räumliche Verbreitungsmuster von Hochwasserlagen auf. Das heißt, dass die Prozesse, die zur Bildung der Hochwasserlagen führen in den beiden Seen unterschiedlich sind. Im Lago Maggiore wird das eingetragene Sediment durch Ströme am Seeboden transportiert. Dagegen erfolgt der Sedimenttransport im Mondsee im oberen Bereich der Wassersäule entlang der Sprungschicht, wo die Temperatur- und Dichteunterschiede im See am größten sind. Weiterhin wurden die Hochwasserlagen mit instrumentellen Abflusszeitreihen der Hauptzuflüsse, dem Toce am Lago Maggiore und der Griesler Ache am Mondsee, verglichen. Die Vergleiche zeigten nicht nur, dass die Hochwasserlagen zeitgleich mit erhöhten Abflüssen auftreten, sondern auch, dass die Ablagerung erst ab einem bestimmten Abflusswert wahrscheinlich wird. Die meisten Hochwasserlagen im Lago Maggiore korrelieren mit Hochwasserereignissen, die einen Tagesabfluss von 600 m3s-1 überschreiten. Im Mondsee ist der Abflusswert zum einen geringer als im Lago Maggiore und zum anderen nicht im ganzen Seebecken gleich, sondern steigt vom Delta (Tagesabfluss: 40 m3s-1) zur Seemitte hin an (stündlicher Abfluss: 80 m3s-1, 2 Tage über 40 m3s-1 Tagesabfluss). Weiterhin wurde für beide Seen eine Beziehung zwischen der Stärke des Abflusses und der Dicke der Hochwasserlagen festgestellt. Diese ist allerdings stark durch Variationen im Sedimenteintrag und in der Verbreitung innerhalb des Seebeckens beeinflusst.
Um die Prozesse, welche zur Bildung von Hochwasserlagen führen, besser zu verstehen, wurden im Mondsee und dem Hauptzufluss, der Griesler Ache, verschiedene Messparameter von 2011 bis 2013 aufgezeichnet. Der Niederschlag wurde an verschiedenen Stationen im Einzugsgebiet und der Abfluss sowie die Trübung des Flusswassers am Austritt der Griesler Ache in den Mondsee kontinuierlich gemessen. Im See wurde an zwei Stellen, in 0.9 km und in 2.8 km Entfernung zum Delta der Griesler Ache, Sediment mittels Sedimentfallen gesammelt, zum einen nahe dem Seeboden mit einer zeitlichen Auflösung von drei bis zwölf Tagen und zum anderen monatlich in drei unterschiedlichen Wassertiefen. Innerhalb des dreijährigen Messzeitraums wurden 26 Hochwasserereignisse mit unterschiedlicher Abflussstärke (10-110 m3s-1) aufgezeichnet, die einen unterschiedlichen Sedimenteintrag am Seeboden auslösten (4-760 g m-2d-1). Die räumliche Verteilung des Sediments nach den Hochwasserereignissen deutet wieder auf einen Sedimenttransport im oberen Teil der Wassersäule hin. Durch den Vergleich von Abflussdaten der Griesler Ache und der gefangenen Sedimentmenge für jedes einzelne der 26 Ereignisse konnte zunächst die Zeitspanne zwischen Hochwasserereignis und Sedimentation am Seeboden ermittelt werden. Nahe dem Zufluss wird das Sediment zum größten Teil bereits innerhalb von drei Tagen nach der Hochwasserspitze abgelagert. In der Seemitte dauert die Sedimentation sechs bis zehn Tage. Des Weiteren wurden, ähnlich wie bereits bei der Untersuchung der Hochwasserlagen festgestellt, bestimmte Abflusswerte detektiert über welchen ein erhöhter Sedimenteintrag am Seeboden gemessen wurde. Nahe dem Flussdelta führen Hochwasser mit mehr als 20 m3s-1 Spitzenabfluss zum erhöhten Sedimenteintrag, während in der Seemitte ein Spitzenabfluss von 30 m3s-1 notwendig ist. Obwohl ein statistischer Zusammenhang zwischen der Hochwasserstärke und der abgelagerten Sedimentmenge besteht, wurde gezeigt, dass weitere Faktoren die Sedimentation am Seeboden beeinflussen. Der Sedimenteintrag in den See wird neben der Abflussstärke durch die Sedimentverfügbarkeit im Einzugsgebiet und episodischen Sedimenteinträgen von lokalen Quellen bestimmt. Eine weitere Rolle spielt die Verteilung des Sediments innerhalb des Seebeckens. Diese ist nicht für jedes Hochwasserereignis gleich, sondern wird durch die Dauer des Hochwasserereignisses und die Existenz der Sprungschicht in den Sommermonaten limitiert.
Insgesamt zeigen die Untersuchungen, dass Seesedimente Hochwasserereignisse unterschiedlicher Stärke aufzeichnen. Eine bestimmte Hochwasserstärke ist notwendig, damit ausreichend Sediment für eine sichtbare Hochwasserlage am Seeboden abgelagert wird. Die Ursache ist der Einfluss von Niederschlags- und Abflussstärke auf Erosion, Sedimenttransport im Fluss und die Sedimentverteilung innerhalb des Seebeckens. Da diese Faktoren in unterschiedlichen Seen verschieden wirken, sind die Abflusswerte über denen es zur Hochwasserlagenbildung kommt, in jedem See verschieden. Die Untersuchungen dieser Arbeit zeigen weiterhin, dass die Menge an abgelagertem Sediment am Seeboden nicht nur durch die Abflussstärke bestimmt wird. Die Sedimentation ist vielmehr durch die komplexe Wechselwirkung von Prozessen im Einzugsgebiet und innerhalb des Sees kontrolliert. Dass bedeutet, dass jene Stelle innerhalb eines Seebeckens, an welcher ein Sedimentkern entnommen wird, die Güte eines Hochwasserarchivs maßgeblich beeinflusst. Weiterhin zeigen die Ergebnisse, dass Seesedimente für die Rekonstruktion von Hochwasserhäufigkeiten ideale Archive darstellen. Die Ableitung von Hochwasserstärken aus der Dicke einzelner Hochwasserlagen ist allerdings komplexer und setzt eine detaillierte Kenntnis der relevanten Transport- und Ablagerungsprozesse im See und seinem Einzugsgebiet voraus.
KW  - lake sediments
KW  - flood reconstruction
KW  - sediment transport
KW  - environmental monitoring
KW  - Seesedimente
KW  - Hochwasserrekonstruktion
KW  - Sedimenttransport
KW  - Umweltmonitoring
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85961
ER  - 
TY  - THES
A1  - Kristen, Iris
T1  - Investigations on rainfall variability during the late Quaternary based on geochemical analyses of lake sediments from tropical and subtropical southern Africa
T1  - Untersuchungen zur Niederschlagsvariabilität im tropischen und subtropischen Afrika während des späten Quartärs auf der Basis geochemischer Analysen an Seesedimenten
N2  - This thesis presents investigations on sediments from two African lakes which have been recording changes in their surrounding environmental and climate conditions since more than 200,000 years. Focus of this work is the time of the last Glacial and the Holocene (the last ~100,000 years before present [in the following 100 kyr BP]). One important precondition for this kind of research is a good understanding of the present ecosystems in and around the lakes and of the sediment formation under modern climate conditions. Both studies therefore include investigations on the modern environment (including organisms, soils, rocks, lake water and sediments). A 90 m long sediment sequence was investigated from Lake Tswaing (north-eastern South Africa) using geochemical analyses. These investigations document alternating periods of high detrital input and low (especially autochthonous) organic matter content and periods of low detrital input, carbonatic or evaporitic sedimentation and high autochthonous organic matter content. These alternations are interpreted as changes between relatively humid and arid conditions, respectively. Before c. 75 kyr BP, they seem to follow changes in local insolation whereas afterwards they appear to be acyclic and are probably caused by changes in ocean circulation and/or in the mean position of the Inter-Tropical Convergence Zone (ITCZ). Today, these factors have main influence on precipitation in this area where rainfall occurs almost exclusively during austral summer. All modern organisms were analysed for their biomarker and bulk organic and compound-specific stable carbon isotope composition. The same investigations on sediments from the modern lake floor document the mixed input of the investigated individual organisms and reveal additional influences by methanotrophic bacteria. A comparison of modern sediment characteristics with those of sediments covering the time 14 to 2 kyr BP shows changes in the productivity of the lake and the surrounding vegetation which are best explained by changes in hydrology. More humid conditions are indicated for times older than 10 kyr BP and younger than 7.5 kyr BP, whereas arid conditions prevailed in between. These observations agree with the results from sediment composition and indications from other climate archives nearby. The second lake study deals with Lake Challa, a small, deep crater lake on the foot of Mount Kilimanjaro. In this lake form mm-scale laminated sediments which were analyses with micro-XRF scanning for changes in the element composition. By comparing these results with investigations on thin sections, results from ongoing sediment trap studies, meteorological data, and investigations on the surrounding rocks and soils, I develop a model for seasonal variability in the limnology and sedimentation of Lake Challa. The lake appears to be stratified during the warm rain seasons (October – December and March – May) during which detrital material is delivered to the lake and carbonates precipitate. On the lake floor forms a dark lamina with high contents of Fe and Ti and high Ca/Al and low Mn/Fe ratios. Diatoms bloom during the cool and windy season (June – September) when mixing down to c. 60 m depth provides easily bio-available nutrients. Contemporaneously, Fe and Mn-oxides are precipitating which cause high Mn/Fe ratios in the light diatom-rich laminae of the sediments. Trends in the Mn/Fe ratio of the sediments are interpreted to reflect changes in the intensity or duration of seasonal mixing in Lake Challa. This interpretation is supported by parallel changes in the organic matter and biogenic silica content observed in the 22 m long profile recovered from Lake Challa. This covers the time of the last 25 kyr BP. It documents a transition around 16 kyr BP from relatively well-mixed conditions with high detrital input during glacial times to stronger stratified conditions which are probably related to increasing lake levels in Challa and generally more humid conditions in East Africa. Intensified mixing is recorded for the time of the Younger Dryas and the period between 11.4 and 10.7 kyr BP. For these periods, reduced intensity of the SW monsoon and intensified NE monsoon are reported from archives of the Indian-Asian Monsoon region, arguing for the latter as a probable source for wind mixing in Lake Challa. This connection is probably also responsible for contemporaneous events in the Mn/Fe ratios of the Lake Challa sediments and in other records of northern hemisphere monsoon intensity during the Holocene and underlines the close interaction of global low latitude atmospheric circulation.
N2  - In dieser Arbeit werden Ergebnisse von Untersuchungen an den Sedimenten zweier afrikanischer Seen vorgestellt, die ein Archiv für Klimaveränderungen über einen Zeitraum von mehr als 200.000 Jahren darstellen. Der Schwerpunkt liegt in dieser Arbeit auf dem letzten Glazial und dem Holozän (ca. 100.000 Jahre vor heute [nachfolgend als 100 kyr BP bezeichnet] bis heute). Grundlegende Voraussetzung für solche Studien ist ein gutes Verständnis der Ökosysteme in und um den See, sowie des gegenwärtigen Sedimentationsgeschehens. Deswegen beinhalten beide Seestudien Untersuchungen der heutigen Organismen, Böden, Gesteine, Wasserchemie und Sedimentablagerungen. Im Tswaing-See im nordöstlichen Südafrika wurden anhand eines 90 m langen Sedimentprofils Studien zur Sedimentzusammensetzung und Untersuchungen der Zusammensetzung und Qualität des organischen Materials durchgeführt. Sie zeigen einen Wechsel zwischen Phasen hohen detritischen Eintrags, während derer v.a. kaum autochthones organisches Material im See erhalten blieb, mit Phasen geringen Eintrags und dafür karbonatischer oder evaporitischer Sedimentation, die hohe Gehalte v.a. autochthonen organischen Materials aufweisen. Diese Phasen werden als relativ feuchte bzw. trockene Perioden interpretiert und folgen bis vor ca. 75 kyr BP Schwankungen der lokalen solaren Einstrahlung. Dieser Einfluss nimmt nach 75 kyr BP ab und azyklische feuchte Phasen werden beobachtet. Mögliche Ursachen sind Veränderungen in der ozeanischen Zirkulation und Verschiebungen in der Lage der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ); beides sind auch heute Haupteinflussfaktoren auf die Niederschläge in der Region. Die heute lebenden Organismen des Tswaing-Kraters wurden mittels Analysen der Biomarkerzusammensetzung und der Kohlenstoffisotopie charakterisiert und ihr Einfluss auf die heutigen Seeablagerungen untersucht. Dabei konnten zusätzlich Indikatoren für die Aktivität methanotropher Bakterien nachgewiesen werden. Der Vergleich heutiger Sedimente mit denen des Zeitraumes 14 bis 2 kyr BP zeigt deutliche Veränderungen sowohl in der Zusammensetzung, als auch in der Kohlenstoffisotopie der Biomarker, die mit Veränderungen in der Hydrologie erklärt werden können. Die gefundenen Hinweise auf feuchtere Bedingungen im Zeitraum älter als 10 kyr BP, für trockenere Verhältnissen zwischen 10 und 7.5 kyr BP und für die nachfolgende Wiederzunahme an Feuchtigkeit werden durch die sedimentologischen Ergebnisse unterstützt. Objekt der zweiten Seestudie ist der Challa-See am Fuß des Kilimanjaro. Hier werden heute im mm-Maßstab laminierte Sedimente gebildet, die mit Mikro-XRF-scanning auf Veränderungen in der Elementzusammensetzung untersucht wurden. Zusammen mit Untersuchungen der Mikrofazies und im Vergleich mit ersten Ergebnissen noch laufender Sedimentfallenstudien, mit meteorologischen Daten und Analysen des Umgebungsgesteins werden die saisonalen Veränderungen in der Temperaturverteilung, der Durchmischungstiefe, dem detritischen Eintrag und der Bioproduktivität des Sees in den Sedimenten nachvollziehbar. Der See ist in den feucht-warmen Perioden von Oktober bis Dezember und von März bis Mai stratifiziert. Während dieser Zeit erfolgt der Eintrag detritischen Materials und Kalziumkarbonat fällt aus; eine dunkle Lage mit hohen Gehalten an Fe und Ti und mit hohen Ca/Al- und niedrigen Mn/Fe-Verhältnissen bildet sich am Boden des Sees. Diatomeen blühen während der kühlen, windigen Periode von Juni bis September, wenn die Durchmischung bis auf etwa 60 m Tiefe Nährstoffe verfügbar macht. Die Ausfällung von Fe- und Mn-oxiden sorgt für hohe Mn/Fe-Verhältnisse; es bildet sich eine helle Lage auf dem Sediment. Trends im Mn/Fe-Verhältnis werden als Signal für Veränderungen in der Intensität oder Dauer der saisonalen Durchmischung interpretiert. Dies wird unterstützt durch parallele Trends im Gehalt an organischem Material und an biogenem Silizium, wie durch Analysen an einem 22 m langen Bohrkern gezeigt werden kann. Nach gut durchmischten und von erhöhtem Eintrag von außen geprägten Verhältnissen während des letzten Glazials erfolgt gegen 16 kyr BP ein Übergang zu stärker stratifizierten Bedingungen. Diese korrespondieren mit einem steigenden Seespiegel und verbreiteten Hinweisen auf feuchte Bedingungen im tropischen Ostafrika. Stärkere Durchmischung herrschte während der Jüngeren Dryas und von 11.4 bis 10.7 kyr BP. Diese Perioden entsprechen Zeiten verringerter Südwest- und vermutlich verstärkter Nordostmonsunintensität im Bereich des Indisch-Asiatischen Monsuns und spiegeln eine global beobachtete südliche Verschiebung der ITCZ wider. Nach einer kurzen stabilen, feuchten Phase im frühen Holozän nimmt die Durchmischung des Sees im Verlauf des Holozän wieder zu. Abrupte Ereignisse während des Holozän scheinen im Challa-See zeitgleich mit Veränderungen der Monsunintensität der Nordhemisphäre aufzutreten und bezeugen die starke klimatische Kopplung der niederen Breiten in globalem Maßstab.
KW  - Paläoklima
KW  - Afrika
KW  - Monsun
KW  - Seedurchmischung
KW  - Seesedimente
KW  - Biomarker
KW  - Analyse komponentenspezifischer Kohlenstoffisotope
KW  - Alkenone
KW  - XRF
KW  - palaeoclimate
KW  - Africa
KW  - monsoon
KW  - lake mixing
KW  - lake sediments
KW  - biomarker
KW  - compound-specific stable carbon isotope analyses
KW  - alkenones
KW  - XRF
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-32547
ER  - 
TY  - THES
A1  - Czymzik, Markus
T1  - Mid- to Late Holocene flood reconstruction from two varved sediment profiles of pre-alpine Lake Ammersee (Southern Germany)
T1  - Mittel- bis Spätholozäne Hochwasserrekonstruktion aus zwei warvierten Sedimentkernen des Ammersees
N2  - Climate is the principal driving force of hydrological extremes like floods and attributing generating mechanisms is an essential prerequisite for understanding past, present, and future flood variability. Successively enhanced radiative forcing under global warming enhances atmospheric water-holding capacity and is expected to increase the likelihood of strong floods. In addition, natural climate variability affects the frequency and magnitude of these events on annual to millennial time-scales. Particularly in the mid-latitudes of the Northern Hemisphere, correlations between meteorological variables and hydrological indices suggest significant effects of changing climate boundary conditions on floods. To date, however, understanding of flood responses to changing climate boundary conditions is limited due to the scarcity of hydrological data in space and time. Exploring paleoclimate archives like annually laminated (varved) lake sediments allows to fill this gap in knowledge offering precise dated time-series of flood variability for millennia. During river floods, detrital catchment material is eroded and transported in suspension by fluid turbulence into downstream lakes. In the water body the transport capacity of the inflowing turbidity current successively diminishes leading to the deposition of detrital layers on the lake floor. Intercalated into annual laminations these detrital layers can be dated down to seasonal resolution. Microfacies analyses and X-ray fluorescence scanning (µ-XRF) at 200 µm resolution were conducted on the varved Mid- to Late Holocene interval of two sediment profiles from pre-alpine Lake Ammersee (southern Germany) located in a proximal (AS10prox) and distal (AS10dist) position towards the main tributary River Ammer. To shed light on sediment distribution within the lake, particular emphasis was (1) the detection of intercalated detrital layers and their micro-sedimentological features, and (2) intra-basin correlation of these deposits. Detrital layers were dated down to the season by microscopic varve counting and determination of the microstratigraphic position within a varve. The resulting chronology is verified by accelerator mass spectrometry (AMS) 14C dating of 14 terrestrial plant macrofossils. Since ~5500 varve years before present (vyr BP), in total 1573 detrital layers were detected in either one or both of the investigated sediment profiles. Based on their microfacies, geochemistry, and proximal-distal deposition pattern, detrital layers were interpreted as River Ammer flood deposits. Calibration of the flood layer record using instrumental daily River Ammer runoff data from AD 1926 to 1999 proves the flood layer succession to represent a significant time-series of major River Ammer floods in spring and summer, the flood season in the Ammersee region. Flood layer frequency trends are in agreement with decadal variations of the East Atlantic-Western Russia (EA-WR) atmospheric pattern back to 200 yr BP (end of the used atmospheric data) and solar activity back to 5500 vyr BP. Enhanced flood frequency corresponds to the negative EA-WR phase and reduced solar activity. These common links point to a central role of varying large-scale atmospheric circulation over Europe for flood frequency in the Ammersee region and suggest that these atmospheric variations, in turn, are likely modified by solar variability during the past 5500 years. Furthermore, the flood layer record indicates three shifts in mean layer thickness and frequency of different manifestation in both sediment profiles at ~5500, ~2800, and ~500 vyr BP. Combining information from both sediment profiles enabled to interpret these shifts in terms of stepwise increases in mean flood intensity. Likely triggers of these shifts are gradual reduction of Northern Hemisphere orbital summer forcing and long-term solar activity minima. Hypothesized atmospheric response to this forcing is hemispheric cooling that enhances equator-to-pole temperature gradients and potential energy in the troposphere. This energy is transferred into stronger westerly cyclones, more extreme precipitation, and intensified floods at Lake Ammersee. Interpretation of flood layer frequency and thickness data in combination with reanalysis models and time-series analysis allowed to reconstruct the flood history and to decipher flood triggering climate mechanisms in the Ammersee region throughout the past 5500 years. Flood frequency and intensity are not stationary, but influenced by multi-causal climate forcing of large-scale atmospheric modes on time-scales from years to millennia. These results challenge future projections that propose an increase in floods when Earth warms based only on the assumption of an enhanced hydrological cycle.
N2  - Globale Klimamodelle prognostizieren eine Zunahme von Starkhochwassern infolge der Klimaerwärmung. Weiterhin werden natürliche Klimafaktoren die Intensität und Häufigkeit solcher Ereignisse auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden beeinflussen. Für ein umfassendes Verständnis hochwassergenerierender Klimamechanismen müssen daher lange Zeiträume und regionale Muster in Betracht gezogen werden. Aufgrund der Limitierung der meisten instrumentellen Abflusszeitreihen auf die letzten 100 Jahre, bieten diese nur einen sehr begrenzten Einblick in das Spektrum möglicher Klima-Hochwasser Zusammenhänge. Die Nutzung natürlicher Hochwasserarchive, wie warvierter Seesedimente, erlaubt die Untersuchung von Hochwasseraktivität auf Zeitskalen von Jahrtausenden. Durch Hochwasser in einen See eingetragenes detritisches Material bildet, eingeschaltet in den jährlichen Sedimentationszyklus, eine charakteristische Abfolge von Hochwasserlagen auf dem Seeboden. Das Zählen jährlicher Laminierungen und die Position innerhalb eines jährlichen Sedimentationszyklus ermöglichen die Datierung von Hochwasserlagen mit saisonaler Genauigkeit. Der Ammersee bildet ein ideales Archiv zur Rekonstruktion von Hochwassern. Detritisches Material wird durch nur einen Hauptzufluss, die Ammer, in das rinnenförmige Becken transportiert. Die warvierten Sedimente erlauben eine zuverlässige Detektion und Datierung selbst mikroskopischer Hochwasserlagen. An zwei warvierten Sedimentprofilen des Ammersees sind hochauflösende Mikrofazies und Röntgenfluoreszenz (µ-XRF) Analysen durchgeführt worden. Zum besseren Verständnis der Sedimentverteilung im See lag der Fokus der Untersuchungen auf der Detektion detritischer Lagen anhand ihrer sedimentologischen und geochemischen Eigenschaften und der Korrelation dieser Lagen zwischen beiden Sedimentprofilen. Die Datierung der detritschen Lagen erfolgte durch Warvenzählung und wurde durch AMS Radiokarbondatierungen bestätigt. In den Sedimenten der letzten 5500 Jahre wurden 1573 detritische Lagen gefunden. Aufgrund ihrer Eigenschaften lassen sich diese Lagen als Ammerhochwasserlagen interpretieren: (1) Die Mikrofazies deutet auf eine Ablagerung nach Starkabflussereignissen hin. (2) Die geochemische Zusammensetzung beweist die terrestrische Herkunft des Materials. (3) Das proximal-distale Ablagerungsmuster deutet auf die Ammer als Eintragsquelle des Materials hin. Eine Kalibrierung mit instrumentellen Hochwasserdaten der Ammer im Zeitraum von AD 1926 bis 1999 bestätigt die Sukzession der detritischen Lagen als eine Zeitreihe starker Ammerhochwasser im Frühling und Sommer, der Hochwassersaison am Ammersee. Die Häufigkeit der Hochwasserlagen in den letzten 5500 Jahren weist eine deutliche dekadische Variabilität auf. Trends in der Häufigkeit von Hochwasserlagen korrelieren negativ mit dem Index der East Atlantic-Western Russia Oszillation (EA-WR) während der letzten 250 Jahre (Zeitraum der durch die genutzten atmosphärischen Daten abgedeckt ist) und der solaren Aktivität während des kompletten Zeitraums. Diese Übereinstimmungen deuten möglicherweise auf einen solaren Einfluss auf die atmosphärische Zirkulation über Europa und damit auf die Häufigkeit von Hochwassern am Ammersee hin. Weiterhin weist die Zeitreihe der Hochwasserlagen drei Veränderungen der durchschnittlichen Lagenhäufigkeit und -mächtigkeit vor etwa 5500, 2800 und 500 Jahren auf. Die Kombination der Daten beider Sedimentprofile ermöglicht es, diese Veränderungen als schrittweise Anstiege der Hochwasserintensität zu interpretieren. Vermutliche Auslöser sind graduelle Reduktion der solaren Insolation in der Nordhemisphäre und langfristige Minima der solaren Aktivität. Die wahrscheinliche atmosphärische Reaktion auf dieses Klimaforcing ist ein verstärkter Temperaturgradient zwischen den niederen und hohen Breiten, der zu einer Erhöhung der potenziellen Energie in der Atmosphäre und verstärkter Baroklinität führt. Diese Energie wird transferiert in eine Verstärkung der zyklonalen Westwindzirkulation, extremere Niederschläge und eine Intensivierung der Hochwasser am Ammersee. Die Interpretation der Häufigkeit und Mächtigkeit von Hochwasserlagen in den Sedimenten des Ammersees ermöglicht eine Rekonstruktion der Hochwassergeschichte und die Identifizierung hochwasserauslösender Klimafaktoren in der Ammerseeregion während der letzten 5500 Jahre. Hochwasserhäufigkeit und -intensität sind nicht stationär, sondern durch komplexe Veränderungen im Klimasystem auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden geprägt. In diesem Zusammenhang erscheinen die Resultate globaler Klimamodelle, die einen Anstieg des Hochwasserrisikos allein auf Basis eines thermodynamisch intensivierten hydrologischen Kreislaufs infolge der Klimaerwärmung prognostizieren, als stark simplifiziert.
KW  - paleofloods
KW  - lake sediments
KW  - varves
KW  - climate dynamics
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65098
ER  -