TY  - THES
A1  - Wischnewski, Juliane
T1  - Reconstructing climate variability on the Tibetan Plateau : comparing aquatic and terrestrial signals
T1  - Klimarekonstruktionen auf dem Tibet Plateau : aquatische und terrestrische Signale im Vergleich
N2  - Spatial and temporal temperature and moisture patterns across the Tibetan Plateau are very complex. The onset and magnitude of the Holocene climate optimum in the Asian monsoon realm, in particular, is a subject of considerable debate as this time period is often used as an analogue for recent global warming. In the light of contradictory inferences regarding past climate and environmental change on the Tibetan Plateau, I have attempted to explain mismatches in the timing and magnitude of change. Therefore, I analysed the temporal variation of fossil pollen and diatom spectra and the geochemical record from palaeo-ecological records covering different time scales (late Quaternary and the last 200 years) from two core regions in the NE and SE Tibetan Plateau. For interpretation purposes I combined my data with other available palaeo-ecological data to set up corresponding aquatic and terrestrial proxy data sets of two lake pairs and two sets of sites. I focused on the direct comparison of proxies representing lacustrine response to climate signals (e.g., diatoms, ostracods, geochemical record) and proxies representing changes in the terrestrial environment (i.e., terrestrial pollen), in order to asses whether the lake and its catchments respond at similar times and magnitudes to environmental changes. Therefore, I introduced the established numerical technique procrustes rotation as a new approach in palaeoecology to quantitatively compare raw data of any two sedimentary records of interest in order to assess their degree of concordance. Focusing on the late Quaternary, sediment cores from two lakes (Kuhai Lake 35.3°N; 99.2°E; 4150 m asl; and Koucha Lake 34.0°N; 97.2°E; 4540 m asl) on the semi-arid northeastern Tibetan Plateau were analysed to identify post-glacial vegetation and environmental changes, and to investigate the responses of lake ecosystems to such changes. Based on the pollen record, five major vegetation and climate changes could be identified: (1) A shift from alpine desert to alpine steppe indicates a change from cold, dry conditions to warmer and more moist conditions at 14.8 cal. ka BP, (2) alpine steppe with tundra elements points to conditions of higher effective moisture and a stepwise warming climate at 13.6 cal. ka BP, (3) the appearance of high-alpine meadow vegetation indicates a further change towards increased moisture, but with colder temperatures, at 7.0 cal. ka BP, (4) the reoccurrence of alpine steppe with desert elements suggests a return to a significantly colder and drier phase at 6.3 cal. ka BP, and (5) the establishment of alpine steppe-meadow vegetation indicates a change back to relatively moist conditions at 2.2 cal. ka BP. To place the reconstructed climate inferences from the NE Tibetan Plateau into the context of Holocene moisture evolution across the Tibetan Plateau, I applied a five-scale moisture index and average link clustering to all available continuous pollen and non-pollen palaeoclimate records from the Tibetan Plateau, in an attempt to detect coherent regional and temporal patterns of moisture evolution on the Plateau. However, no common temporal or spatial pattern of moisture evolution during the Holocene could be detected, which can be assigned to the complex responses of different proxies to environmental changes in an already very heterogeneous mountain landscape, where minor differences in elevation can result in marked variations in microenvironments. Focusing on the past 200 years, I analysed the sedimentary records (LC6 Lake 29.5°N, 94.3°E, 4132 m asl; and Wuxu Lake 29.9°N, 101.1°E, 3705 m asl) from the southeastern Tibetan Plateau. I found that despite presumed significant temperature increases over that period, pollen and diatom records from the SE Tibetan Plateau reveal only very subtle changes throughout their profiles. The compositional species turnover investigated over the last 200 years appears relatively low in comparison to the species reorganisations during the Holocene. The results indicate that climatically induced ecological thresholds are not yet crossed, but that human activity has an increasing influence, particularly on the terrestrial ecosystem. Forest clearances and reforestation have not caused forest decline in our study area, but a conversion of natural forests to semi-natural secondary forests. The results from the numerical proxy comparison of the two sets of two pairs of Tibetan lakes indicate that the use of different proxies and the work with palaeo-ecological records from different lake types can cause deviant stories of inferred change. Irrespective of the timescale (Holocene or last 200 years) or region (SE or NE Tibetan Plateau) analysed, the agreement in terms of the direction, timing, and magnitude of change between the corresponding terrestrial data sets is generally better than the match between the corresponding lacustrine data sets, suggesting that lacustrine proxies may partly be influenced by in-lake or local catchment processes whereas the terrestrial proxy reflects a more regional climatic signal. The current disaccord on coherent temporal and spatial climate patterns on the Tibetan Plateau can partly be ascribed to the complexity of proxy response and lake systems on the Tibetan Plateau. Therefore, a multi-proxy, multi-site approach is important in order to gain a reliable climate interpretation for the complex mountain landscape of the Tibetan Plateau.
N2  - Die räumlichen und zeitlichen Temperatur- und Feuchtigkeitsmuster auf dem Tibet-Plateau sind sehr komplex. Im Einzugsbereich der asiatischen Monsune sind insbesondere der Beginn und das Ausmaß des Klimaoptimums während des Holozäns von wissenschaftlichem Interesse, da diese Periode oft als Analogie für die derzeitige globale Klimaerwärmung herangezogen wird. In Hinblick auf sich teilweise widersprechende Paläoklima- und Umweltrekonstruktionen für das Tibet-Plateau, ist es mein Ziel, die bestehenden Unstimmigkeiten bezüglich des Zeitpunktes und des Ausmaßes des Umweltwandels zu erklären. Dafür wurden von mir zeitliche Variationen fossiler Pollen- und Diatomeenspektren und geochemische Untersuchungen an Seesedimenten unterschiedlicher Zeitskalen (Spätquartär und die letzten 200 Jahre) aus zwei Kernregionen auf dem NO und SO Tibet-Plateau analysiert. Zur Unterstützung der Interpretation wurden die hier erhobenen Daten mit bereits vorhandenen paläoökologischen Aufzeichnungen der Lokalitäten kombiniert, um Datensätze der entsprechenden aquatischen und terrestrischen Proxy-Daten (Stellvertreterdaten) zweier Seenpaare aus den beiden Regionen gegenüberstellen zu können. Hierbei konzentrierte ich mich auf den direkten Vergleich von Proxies, die die Seenentwicklung reflektieren (z.B. Diatomeen, Ostracoden, geochemische Eigenschaften), mit Proxies, die Veränderungen der terrestrischen Umgebung des Sees beschreiben (terrestrische Pollen). Durch diesen Vergleich lässt sich beurteilen, ob Veränderungen im See selbst mit Umweltveränderungen in dem jeweiligen Einzugsgebiet zeitlich übereinstimmen. Dafür habe ich die bereits etablierte numerische Methode Procrustes-Rotation als neuen Ansatz in der Paläoökologie eingeführt. Damit ist ein quantitativer Vergleich von Rohdaten zweier beliebiger sedimentärer Datensätze möglich, um den Grad der Übereinstimmung zu prüfen. Um die in dieser Arbeit rekonstruierten Umwelt- und Klimaereignisse des nordöstlichen Tibet-Plateaus in einen größeren Zusammenhang hinsichtlich holozäner Klimaentwicklung des gesamten Plateaus setzen zu können, und um schlüssige zeitliche und räumliche Klimatrends auf dem Plateau erkennen zu können, habe ich auf alle vorhandenen Paläoklimadatensätze einen Fünf-Skalen Feuchtigkeitsindex und eine Clusteranalyse angewandt. Es konnten jedoch keine einheitlichen zeitlichen und räumlichen Trends der holozänen Klimaentwicklung nachgewiesen werden, was meiner Analyse entsprechend, auf die komplexen Reaktionen verschiedener Proxies auf Umweltveränderungen in einer ohnehin sehr heterogen Berglandschaft, zurückgeführt werden kann. Die Ergebnisse des numerischen Proxy-Vergleichs beider Seenpaare zeigen, dass die Verwendung von verschiedenen Proxies und die Arbeit mit paläo-ökologischen Datensätzen unterschiedlicher See-Typen zu abweichenden Klimaableitungen führen können. Unabhängig vom untersuchten Zeitraum (Holozän oder die letzten 200 Jahren) oder der Region (SO oder NO Tibet-Plateau), ist die Übereinstimmung zweier Datensätze hinsichtlich der Richtung, des Zeitpunktes und des Ausmaßes der abgeleiteten Paläo-Umweltverhältnisse in der Regel zwischen den entsprechenden terrestrischen Datensätzen besser als zwischen den entsprechenden lakustrinen Datensätzen. Die derzeitige Uneinigkeit über stimmige zeitliche und räumliche Klimatrends auf dem Tibet-Plateau kann daher teilweise der Komplexität der verschieden Proxies und ihrer individuellen Empfindlichkeiten gegenüber Umweltveränderungen sowie der unterschiedlichen Reaktionsweise verschiedenartiger See-Systeme auf dem Plateau zugeschrieben werden. Meine Ergebnisse zeigen, dass ein „Multi-Proxy-Multi-Site-Ansatz“ für zuverlässige Paläoklimaableitungen für das Tibet-Plateau von zentraler Bedeutung ist.
KW  - Tibet Plateau
KW  - Holozän
KW  - Pollen
KW  - Diatomeen
KW  - Prokrustes Analyse
KW  - Tibetan Plateau
KW  - Holocene
KW  - Pollen
KW  - Diatoms
KW  - Procrustes rotation analysis
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-52453
ER  - 
TY  - THES
A1  - Wang, Yongbo
T1  - Late glacial to Holocene climate and vegetation changes on the Tibetan Plateau inferred from fossil pollen records in lacustrine sediments
T1  - Pollenanalytische Ableitung der spätglazialen und holozänen Klima- und Vegetationsveränderungen auf dem tibetischen Hochland anhand von Seesedimenten
N2  - The past climate in central Asia, and especially on the Tibetan Plateau (TP), is of great importance for an understanding of global climate processes and for predicting the future climate. As a major influence on the climate in this region, the Asian Summer Monsoon (ASM) and its evolutionary history are of vital importance for accurate predictions. However, neither the evolutionary pattern of the summer monsoon nor the driving mechanisms behind it are yet clearly understood. For this research, I first synthesized previously published Late Glacial to Holocene climatic records from monsoonal central Asia in order to extract the general climate signals and the associated summer monsoon intensities. New climate and vegetation sequences were then established using improved quantitative methods, focusing on fossil pollen records recovered from Tibetan lakes and also incorporating new modern datasets. The pollen-vegetation and vegetation-climate relationships on the TP were also evaluated in order to achieve a better understanding of fossil pollen records. The synthesis of previously published moisture-related palaeoclimate records in monsoonal central Asia revealed generally different temporal patterns for the two monsoonal subsystems, i.e. the Indian Summer Monsoon (ISM) and East Asian Summer Monsoon (EASM). The ISM appears to have experienced maximum wet conditions during the early Holocene, while many records from the area affected by the EASM indicate relatively dry conditions at that time, particularly in north-central China where the maximum moisture levels occurred during the middle Holocene. A detailed consideration of possible driving factors affecting the summer monsoon, including summer solar insolation and sea surface temperatures, revealed that the ISM was primarily driven by variations in northern hemisphere solar insolation, and that the EASM may have been constrained by the ISM resulting in asynchronous patterns of evolution for these two subsystems. This hypothesis is further supported by modern monsoon indices estimated using the NCEP/NCAR Reanalysis data from the last 50 years, which indicate a significant negative correlation between the two summer monsoon subsystems. By analogy with the early Holocene, intensification of the ISM during coming decades could lead to increased aridification elsewhere as a result of the asynchronous nature of the monsoon subsystems, as can already be observed in the meteorological data from the last 15 years. A quantitative climate reconstruction using fossil pollen records was achieved through analysis of sediment core recovered from Lake Donggi Cona (in the north-eastern part of the TP) which has been dated back to the Last Glacial Maximum (LGM). A new data-set of modern pollen collected from large lakes in arid to semi-arid regions of central Asia is also presented herein. The concept of "pollen source area" was introduced to modern climate calibration based on pollen from large lakes, and was applied to the fossil pollen sequence from Lake Donggi Cona. Extremely dry conditions were found to have dominated the LGM, and a subsequent gradually increasing trend in moisture during the Late Glacial period was terminated by an abrupt reversion to a dry phase that lasted for about 1000 years and coincided with the first Heinrich Event of the northern Atlantic region. Subsequent periods corresponding to the warm Bølling-Allerød period and the Younger Dryas cold event were followed by moist conditions during the early Holocene, with annual precipitation of up to about 400 mm. A slightly drier trend after 9 cal ka BP was then followed by a second wet phase during the middle Holocene that lasted until 4.5 cal ka BP. Relatively steady conditions with only slight fluctuations then dominated the late Holocene, resulting in the present climatic conditions. In order to investigate the relationship between vegetation and climate, temporal variations in the possible driving factors for vegetation change on the northern TP were examined using a high resolution late Holocene pollen record from Lake Kusai. Moving-window Redundancy Analyses (RDAs) were used to evaluate the correlations between pollen assemblages and individual sedimentary proxies. These analyses have revealed frequent fluctuations in the relative abundances of alpine steppe and alpine desert components, and in particular a decrease in the total vegetation cover at around 1500 cal a BP. The climate was found to have had an important influence on vegetation changes when conditions were relatively wet and stable. However, after the 1500 cal a BP threshold in vegetation cover was crossed the vegetation appears to have been affected more by extreme events such as dust storms or fluvial erosion than by the general climatic trends. In addition, pollen spectra over the last 600 years have been revealed by Procrustes analysis to be significantly different from those recovered from older samples, which is attributed to an increased human impact that resulted in unprecedented changes to the composition of the vegetation. Theoretical models that have been developed and widely applied to the European area (i.e. the Extended R-Value (ERV) model and the Regional Estimates of Vegetation Abundance from Large Sites (REVEALS) model) have been applied to the high alpine TP ecosystems in order to investigate the pollen-vegetation relationships, as well as for quantitative reconstructions of vegetation abundance. The modern pollen–vegetation relationships for four common pollen species on the TP have been investigated using Poaceae as the reference taxa. The ERV Submodel 2 yielded relatively high PPEs for the steppe and desert taxa (Artemisia Chenopodiaceae), and low PPEs for the Cyperaceae that are characteristic of the alpine Kobresia meadows. The plant abundances on the central and north-eastern TP were quantified by applying these PPEs to four post-Late Glacial fossil pollen sequences. The reconstructed vegetation assemblages for the four pollen sequences always yielded smaller compositional species turnovers than suggested by the pollen spectra, indicating that the strength of the previously-reported vegetation changes may therefore have been overestimated. In summary, the key findings of this thesis are that (a) the two ASM subsystems show asynchronous patterns during both the Holocene and modern time periods, (b) fossil pollen records from large lakes reflect regional signals for which the pollen source areas need to be taken into account, (c) climate is not always the main driver for vegetation change, and (d) previously reported vegetation changes on the TP may have been overestimated because they ignored inter-species variations in pollen productivity.
N2  - Das Paläoklima in Zentralasien, besonders in der Hochebene von Tibet (HT), ist von großer Bedeutung um globale Klimaprozesse zu verstehen und mögliche Voraussagung für die zukunft zu treffen. Als wichtigstes Klimaphänomen nehmen der asiatische Sommermonsun (ASM) und seine Entwicklungsgeschichte eine Schlüsselposition ein. Dennoch sind derzeit weder das Entwicklungsschema noch der antreibende Vorgang ausreichend verstanden. Dies gilt insbesondere für das Holozän, für welches große Kimaschwankungen und regionale Diskrepanzen weithin belegt sind. Deshalb habe ich zuerst holozäne Klimadaten zusammengefasst. Bereits veröffentlichte Publikationen aus den Monsungebieten Zentralasiens dienten als Grundlage, um die wichtigsten Klimasignale und die zugehörigen Intensitäten des Sommermonsuns heraus zu arbeiten. Anhand von Pollensequenzen aus tibetischen Seen erzeugte ich neue Klima- und Vegetationssequenzen, welche auf verbesserten quantitativen Methoden und rezenten Datensätzen beruhen. Außerdem wurden die Verhältnisse Pollen-Vegetation und Vegetation-Klima bewertet, um Schlussfolgerungen fossiler Pollensequenzen zu verbessern. Die Zusammenfassung der zuvor veröffentlichten, niederschlagsbezogenen Paläoklimadaten im Monsungebiet Zentralasiens ergab generell unterschiedliche Muster für die zwei Teilsysteme des ASMs, den Indischen Sommermonsun (ISM) und den Ostasiatischen Sommermonsun (OASM). Der ISM weist maximale feuchte Bedingungen während des frühen Holozöns auf, während viele Datensätze aus dem Gebiet des OASMs einen relativ trockenen Zustand anzeigen, besonders im nördlichen Zentralchina, wo maximale Niederschläge während des mittleren Holozäns registriert wurden. Genaue Betrachtungen der Antriebsfaktoren des Sommermonsuns ergaben, dass der ISM hauptsächlich durch Veränderungen der Sonneneinstrahlung auf der Nordhemisphäre angetrieben wird, während der OASM potentiell durch den ISM beherrscht wird - dies führt zu asynchronen Entwicklungen. Diese Hypothese wird durch rezente Monsunindizes gestützt. Sie weisen eine signifikant negative Korrelation zwischen den beiden Sommermonsun-Teilsystemen auf. Für die quantitative Klimarekonstruktion von Pollensequenzen wurde ein Sedimentkern aus dem See Donggi Cona im Nordosten der HT analysiert, der bis zum letzten glazialen Maximum (LGM) zurückdatiert wurde. Aufgrund der Tatsache, dass Donggi Cona ein relativ großer See ist, wird hiermit ein neuer Pollen-Klima-Kalibrierungsdatensatz auf Grundlage großer Seen in ariden und semiariden Regionen Zentralasiens vorgelegt. Das Konzept des Pollenherkunftsgebietes wurde in diese rezente, pollenbasierte Klimakalibrierung eingebracht und auf die Pollensequenz von Donggi Cona angewendet. Die Auswertung ergab, dass extrem trockene Bedingungen während des LGM (ca. 100 mm/yr) vorherrschten. Ein ansteigender Trend von Niederschlägen während des späten Glazials wurde durch einen abrupten Rückgang zu einer etwa 1000-jährigen Trockenphase beendet, welche mit Heinrich-Ereignis 1 in der Nordatlantik-Region übereinstimmt. Danach entsprechen die Klimaperioden dem warmen Bølling/Allerød und dem Kälteereignis der Jüngeren Dryas. Anschließend herrschten feuchte Bedingungen im frühen Holozän (bis zu 400 mm/yr). Ein etwas trockenerer Trend nach dem Holozänen Klimaoptimum wurde dann von einer zweiten Feuchtphase abgelöst, welche bis 4,5 cal. ka vor heute andauerte. Relativ gleichmäßige Bedingungen dominierten das späte Holozän bis heute. Die Klimadynamik seit dem LGM wurde vor allem durch Entgletscherung und Intensitätsschwankungen des ASM bestimmt. Bei der Betrachtung des Vegetation-Klima-Verhältnisses habe ich die zeitlichen Variationen der bestimmenden Faktoren hinsichtlich der Vegetationsdynamik auf der nördlichen HT untersucht. Dabei wurden hochauflösende holozäne Pollendaten des Kusai-Sees verwendet. Eine Redundanzanalyse (RDA) wurde angewendet um die Korrelation zwischen Pollenvergesellschaftungen und individuellen sedimentären Klimaanzeigern als auch die damit verbundene Signifikanz zu bewerten. Es stellte sich heraus, dass das Klima einen wichtigen Einfluss auf den Veränderungen in der Vegetation besaß, wenn die Bedingungen relativ warm und feucht waren. Trotzdem scheint es, dass, dass die Vegetation bei zu geringer Bedeckung stärker durch Extremereignisse wie Staubstürme oder fluviale Erosion beeinflusst wurde. Pollenspektren der vergangen 600 Jahre erwiesen sich als signifikant unterschiedlich verglichen mit den älterer Proben, was auf verstärkten anthropogenen Einfluss hindeutet. Dieser resultierte in einem beispiellosen Wandel in der Zusammensetzung der Vegetation. In Hinsicht auf das Pollen-Vegetation-Verhältnis und der quantitativen Rekonstruktion der Vegetationshäufigkeit habe ich theoretische Modelle, welche für europäische Regionen entwickelt und weithin angewendet wurden, respektive die Modelle "Extended R-Value" (ERV) sowie "Regional Estimates of Vegetation Abundance from Large Sites" (REVEALS), auf die hochalpinen Ökosysteme der HT überführt. Dafür wurden rezente Pollen-Vegetations-Verhältnisse von vier weit verbreiteten Pollen-Arten der HT überprüft. Poaceae wurden als Referenztaxa verwendet. Bei der Anwendung dieser Verhältnisse auf vier Pollensequenzen, welche die Paläoumweltbedingungen seit dem letzten Glazial widerspiegeln, wurden die Häufigkeiten von Pflanzen auf der zentralen und nordöstlichen HT quantifiziert. Anteile von Artimisia und Chenopodiaceae waren dabei im Vergleich zu ihren ursprünglichen Pollenprozenten deutlich verringert. Cyperaceae hingegen wies eine relative Zunahme in dieser Vegetationsrekonstruktion auf. Die rekonstruierten Vegetationsvergesellschaftungen an den Standorten der vier Pollensequenzen ergaben stets geringere Umwälzungen in der Artenzusammensetzung, als durch die Pollenspektren zu vermuten gewesen wäre. Dies kann ein Hinweis darauf sein, dass die Intensität der bislang angenommenen Vegetationsveränderungen überschätzt worden ist. Zusammengefasst sind die Hauptresultate dieser Dissertation, dass (a) die zwei ASM Teilsysteme asynchrone Muster während des Holozäns und heute aufweisen, dass (b) fossile Pollensequenzen großer Seen regionale Klimasignale widerspiegeln sofern die Herkunftsgebiete der Pollen berücksichtigt werden, dass (c) Klima nicht immer der Haupteinflussfaktor für Vegetationswandel ist und dass (d) das Ausmaß von Vegetationsveränderungen in zuvor veröffentlichten Studien auf der Hochebene von Tibet überschätzt worden sein kann, weil Diskrepanzen der Pollenproduktivität zwischen den Arten nicht einbezogen wurden.
KW  - Asiatischer Sommermonsun
KW  - ASM
KW  - Holozän
KW  - Seesedimente
KW  - Pollen
KW  - Hochland von Tibet
KW  - Asian Summer Monsoon
KW  - Holocene
KW  - Lake sediments
KW  - Pollen
KW  - Tibetan Plateau
Y1  - 2011
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-63155
ER  - 
TY  - THES
A1  - Mey, Jürgen
T1  - Intermontane valley fills
T1  - Intermontane Talverfüllungen
BT  - recorders of climate, tectonics and landscape evolution
BT  - Zeugen von Klima, Tektonik und Landschaftsentwicklung
N2  - Sedimentary valley fills are a widespread characteristic of mountain belts around the world. They transiently store material over time spans ranging from thousands to millions of years and therefore play an important role in modulating the sediment flux from the orogen to the foreland and to oceanic depocenters. In most cases, their formation can be attributed to specific fluvial conditions, which are closely related to climatic and tectonic processes. Hence, valley-fill deposits constitute valuable archives that offer fundamental insight into landscape evolution, and their study may help to assess the impact of future climate change on sediment dynamics.

In this thesis I analyzed intermontane valley-fill deposits to constrain different aspects of the climatic and tectonic history of mountain belts over multiple timescales. First, I developed a method to estimate the thickness distribution of valley fills using artificial neural networks (ANNs). Based on the assumption of geometrical similarity between exposed and buried parts of the landscape, this novel and highly automated technique allows reconstructing fill thickness and bedrock topography on the scale of catchments to entire mountain belts.

Second, I used the new method for estimating the spatial distribution of post-glacial sediments that are stored in the entire European Alps. A comparison with data from exploratory drillings and from geophysical surveys revealed that the model reproduces the measurements with a root mean squared error (RMSE) of 70m and a coefficient of determination (R2) of 0.81. I used the derived sediment thickness estimates in combination with a model of the Last Glacial Maximum (LGM) icecap to infer the lithospheric response to deglaciation, erosion and deposition, and deduce their relative contribution to the present-day rock-uplift rate. For a range of different lithospheric and upper mantle-material properties, the results suggest that the long-wavelength uplift signal can be explained by glacial isostatic adjustment with a small erosional contribution and a substantial but localized tectonic component exceeding 50% in parts of the Eastern Alps and in the Swiss Rhône Valley. Furthermore, this study reveals the particular importance of deconvolving the potential components of rock uplift when interpreting recent movements along active orogens and how this can be used to constrain physical properties of the Earth’s interior.

In a third study, I used the ANN approach to estimate the sediment thickness of alluviated reaches of the Yarlung Tsangpo River, upstream of the rapidly uplifting Namche Barwa massif. This allowed my colleagues and me to reconstruct the ancient river profile of the Yarlung Tsangpo, and to show that in the past, the river had already been deeply incised into the eastern margin of the Tibetan Plateau. Dating of basal sediments from drill cores that reached the paleo-river bed to 2–2.5 Ma are consistent with mineral cooling ages from the Namche Barwa massif, which indicate initiation of rapid uplift at ~4 Ma. Hence, formation of the Tsangpo gorge and aggradation of the voluminous valley fill was most probably a consequence of rapid uplift of the Namche Barwa massif and thus tectonic activity.

The fourth and last study focuses on the interaction of fluvial and glacial processes at the southeastern edge of the Karakoram. Paleo-ice-extent indicators and remnants of a more than 400-m-thick fluvio-lacustrine valley fill point to blockage of the Shyok River, a main tributary of the upper Indus, by the Siachen Glacier, which is the largest glacier in the Karakoram Range. Field observations and 10Be exposure dating attest to a period of recurring lake formation and outburst flooding during the penultimate glaciation prior to ~110 ka. The interaction of Rivers and Glaciers all along the Karakorum is considered a key factor in landscape evolution and presumably promoted headward erosion of the Indus-Shyok drainage system into the western margin of the Tibetan Plateau.

The results of this thesis highlight the strong influence of glaciation and tectonics on valley-fill formation and how this has affected the evolution of different mountain belts. In the Alps valley-fill deposition influenced the magnitude and pattern of rock uplift since ice retreat approximately 17,000 years ago. Conversely, the analyzed valley fills in the Himalaya are much older and reflect environmental conditions that prevailed at ~110 ka and ~2.5 Ma, respectively. Thus, the newly developed method has proven useful for inferring the role of sedimentary valley-fill deposits in landscape evolution on timescales ranging from 1,000 to 10,000,000 years.
N2  - Sedimentäre Talverfüllungen sind ein häufiges Merkmal von Gebirgen auf der ganzen Welt. Sie speichern Abtragungsprodukte über Zeiträume von Tausenden bis Millionen von Jahren und beeinflussen den Sedimenttransport vom Gebirge in das Vorland und in die ozeanischen Becken. Die Bildung solcher Sedimentspeicher geht oft auf Zustände im fluvialen System zurück, welche mit bestimmten klimatischen und tektonischen Prozessen in Verbindung gebracht werden können. Talverfüllungen stellen daher wertvolle Archive dar, die über fundamentale Zusammenhänge in der Landschaftsgenese Aufschluss geben und deren Untersuchung dazu beiträgt, die Auswirkungen des Klimawandels auf die Sedimentdynamik im Gebirge zu prognostizieren.

In dieser Arbeit untersuchte ich intermontane Talverfüllungen, um die klimatische und tektonische Geschichte von Gebirgszügen über mehrere Zeitskalen hinweg zu ermitteln. Zuerst entwickelte ich eine Methode zur Abschätzung von Sedimentmächtigkeiten mit Hilfe von künstlichen neuralen Netzen, die auf der Annahme basiert, dass sich die zugeschütteten und die freiliegenden Bereiche der Landschaft geometrisch ähneln. Diese neuartige und hochautomatisierte Methode macht es möglich, Sedimentmächtigkeiten und Untergrundtopographien für einzelne Einzugsgebiete bis hin zu ganzen Gebirgen abzuschätzen.

Als zweites benutzte ich die neue Methode, um die Mächtigkeitsverteilung der postglazialen Sedimentspeicher in den Europäischen Alpen zu rekonstruieren. Ein Vergleich mit Daten aus Bohrlochmessungen und geophysikalischen Explorationen zeigte, dass das Modell die gemessenen Mächtigkeiten mit einem quadratischen Mittelwert des Fehlers (RMSE) von 70m und einem Bestimmtheitsmaß (R2) von 0.81 reproduziert. Ich verwendete diese Sedimentverteilung in Kombination mit einem Modell der alpinen Eiskappe des letzten glazialen Maximums (LGM), um die Reaktion der Lithosphäre auf Abschmelzen, Erosion und Ablagerung zu berechnen und deren Beiträge zur derzeitigen Gesteinshebung abzuleiten. Unter Berücksichtigung einer Reihe verschiedener Eigenschaften der Lithosphäre und des oberen Erdmantels zeigten die Resultate, dass das langwellige Hebungsmuster im Wesentlichen durch Glazialisostasie erklärt werden kann und dass die Entlastung durch Erosion eine untergeordnete Rolle spielt. Darüber hinaus postulierte ich eine tektonische Komponente von über 50% in Teilen der Ostalpen und im Schweizer Rhône Tal. Die Studie verdeutlicht, dass die Entflechtung der Prozesse, die zur Gesteinshebung beitragen, eine entscheidende Rolle spielt bei der Interpretation rezenter Bewegungen entlang aktiver Orogene und bei der Abschätzung von physikalischen Eigenschaften des Erdinneren.

Im dritten Teil berechnete ich die Mächtigkeitsverteilung der sedimentären Talverfüllung des Yarlung Tsangpo Tales oberhalb des Namche Barwa Massivs am östlichen Rand des Tibet Plateaus. Dies ermöglichte meinen Kollegen und mir das ehemalige Flusslängsprofil zu rekonstruieren und zu zeigen, dass sich der Yarlung Tsangpo in der Vergangenheit bereits tief in den östlichen Rand des Tibet Plateaus einschnitt. Die Basis der Sedimente wurde erbohrt und beprobt und deren Ablagerung auf 2–2.5 Ma datiert was konsistent mit Abkühlungsaltern von Mineralen des Namche Barwa Massivs ist, die auf den Beginn einer beschleunigten Hebung vor ~4 Ma hindeuten. Dies führte zu der Schlussfolgerung, dass die Bildung der Tsangpo Schlucht und die Aggradation der Talsedimente höchstwahrscheinlich in Folge der schnellen Hebung des Namche Barwa Massivs geschah, welche letztendlich auf tektonische Aktivität zurück geht.

Der vierte und letzte Teil behandelt die Interaktion fluvialer und glazialer Prozesse am südöstlichen Rand des Karakorums. Indikatoren für die frühere Eisausdehnung und die Überreste einer bis zu 400m mächtigen fluvio-lakustrinen Talverfüllung weisen auf eine Blockade des Shyok, eines Hauptzuflusses es Oberen Indus, durch den Siachen Gletscher, den größten Gletscher des Karakorums, hin. Weitere Geländebefunde und Oberflächendatierungen mittels kosmogenem 10Be bezeugen, dass es während des vorletzten Glaziales zu einem mehrfachen Aufstauen des Shyok und damit assoziierten Seeausbrüchen gekommen ist. Das Zusammenwirken von Flüssen und Gletschern entlang des Karakorums war maßgeblich für die Landschaftsentwicklung und führte möglicherweise zum Einschneiden von Tälern in den westlichen Rand des Tibet Plateaus.

Die vorliegende Arbeit unterstreicht die Bedeutung von Vergletscherung und Tektonik bei der Bildung von intermontanen Sedimentspeichern und deren Einwirken auf die Entwicklung zweier Gebirge. In den Alpen beeinflusst die Ablagerung von Talfüllungen die Raten und das Muster der Gesteinshebung seit Rückzug des Eises vor ca. 17,000 Jahren. Demgegenüber sind die in dieser Arbeit betrachteten Talfüllungen des Himalayas weit älter und geben Aufschluss über die Umweltbedingungen vor jeweils 110 ka und 2.5 Ma. Es zeigt sich, dass die neue Methode zur Abschätzung von Mächtigkeiten und Volumina intermontaner Talverfüllungen dazu beiträgt, die Landschaftsentwicklung über Zeiträume von 1,000 bis 10,000,000 Jahren zu rekonstruieren.
KW  - intermontane valley fill
KW  - sediment thickness
KW  - bedrock elevation
KW  - artificial neural networks
KW  - sediment volume
KW  - landscape evolution
KW  - glacial isostatic adjustment
KW  - isostatic uplift
KW  - LGM
KW  - Ice model
KW  - European Alps
KW  - outburst floods
KW  - glacial incision
KW  - Tibetan Plateau
KW  - Shyok River
KW  - cosmogenic nuclides
KW  - exposure age dating
KW  - ice dam
KW  - Karakoram
KW  - Namche Barwa
KW  - Yarlung-Tsangpo Gorge
KW  - burial dating
KW  - tectonic uplift
KW  - syntaxis
KW  - intermontane Talverfüllungen
KW  - Sedimentmächtigkeit
KW  - Grundgesteinshöhe
KW  - künstliche neurale Netzwerke
KW  - Sedimentvolumen
KW  - Landschaftsentwicklung
KW  - Glazialisostasie
KW  - isostatische Hebung
KW  - LGM
KW  - Eismodell
KW  - Europäische Alpen
KW  - Seeausbrüche
KW  - glaziale Einschneidung
KW  - Tibet Plateau
KW  - Shyok Fluss
KW  - kosmogene Nuklide
KW  - Expositionsaltersdatierung
KW  - Eisdamm
KW  - Karakorum
KW  - Namche Barwa
KW  - Yarlung-Tsangpo Schlucht
KW  - Verschüttungsaltersdatierung
KW  - tektonische Hebung
KW  - Syntaxe
Y1  - 2017
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-103158
ER  - 
TY  - THES
A1  - Aichner, Bernhard
T1  - Aquatic macrophyte-derived biomarkers as palaeolimnological proxies on the Tibetan Plateau
T1  - Biomarker von Wasserpflanzen als Klimaindikatoren auf dem tibetischen Hochplateau
N2  - The Tibetan Plateau is the largest elevated landmass in the world and profoundly influences atmospheric circulation patterns such as the Asian monsoon system. Therefore this area has been increasingly in focus of palaeoenvironmental studies. This thesis evaluates the applicability of organic biomarkers for palaeolimnological purposes on the Tibetan Plateau with a focus on aquatic macrophyte-derived biomarkers. Submerged aquatic macrophytes have to be considered to significantly influence the sediment organic matter due to their high abundance in many Tibetan lakes. They can show highly 13C-enriched biomass because of their carbon metabolism and it is therefore crucial for the interpretation of δ13C values in sediment cores to understand to which extent aquatic macrophytes contribute to the isotopic signal of the sediments in Tibetan lakes and in which way variations can be explained in a palaeolimnological context. Additionally, the high abundance of macrophytes makes them interesting as potential recorders of lake water δD. Hydrogen isotope analysis of biomarkers is a rapidly evolving field to reconstruct past hydrological conditions and therefore of special relevance on the Tibetan Plateau due to the direct linkage between variations of monsoon intensity and changes in regional precipitation / evaporation balances. A set of surface sediment and aquatic macrophyte samples from the central and eastern Tibetan Plateau was analysed for composition as well as carbon and hydrogen isotopes of n-alkanes. It was shown how variable δ13C values of bulk organic matter and leaf lipids can be in submerged macrophytes even of a single species and how strongly these parameters are affected by them in corresponding sediments. The estimated contribution of the macrophytes by means of a binary isotopic model was calculated to be up to 60% (mean: 40%) to total organic carbon and up to 100% (mean: 66%) to mid-chain n-alkanes. Hydrogen isotopes of n-alkanes turned out to record δD of meteoric water of the summer precipitation. The apparent enrichment factor between water and n-alkanes was in range of previously reported ones (≈-130‰) at the most humid sites, but smaller (average: -86‰) at sites with a negative moisture budget. This indicates an influence of evaporation and evapotranspiration on δD of source water for aquatic and terrestrial plants. The offset between δD of mid- and long-chain n-alkanes was close to zero in most of the samples, suggesting that lake water as well as soil and leaf water are affected to a similar extent by those effects. To apply biomarkers in a palaeolimnological context, the aliphatic biomarker fraction of a sediment core from Lake Koucha (34.0° N; 97.2° E; eastern Tibetan Plateau) was analysed for concentrations, δ13C and δD values of compounds. Before ca. 8 cal ka BP, the lake was dominated by aquatic macrophyte-derived mid-chain n-alkanes, while after 6 cal ka BP high concentrations of a C20 highly branched isoprenoid compound indicate a predominance of phytoplankton. Those two principally different states of the lake were linked by a transition period with high abundances of microbial biomarkers. δ13C values were relatively constant for long-chain n-alkanes, while mid-chain n-alkanes showed variations between -23.5 to -12.6‰. Highest values were observed for the assumed period of maximum macrophyte growth during the late glacial and for the phytoplankton maximum during the middle and late Holocene. Therefore, the enriched values were interpreted to be caused by carbon limitation which in turn was induced by high macrophyte and primary productivity, respectively. Hydrogen isotope signatures of mid-chain n-alkanes have been shown to be able to track a previously deduced episode of reduced moisture availability between ca. 10 and 7 cal ka BP, indicated by a 20‰ shift towards higher δD values. Indications for cooler episodes at 6.0, 3.1 and 1.8 cal ka BP were gained from drops of biomarker concentrations, especially microbial-derived hopanoids, and from coincidental shifts towards lower δ13C values. Those episodes correspond well with cool events reported from other locations on the Tibetan Plateau as well as in the Northern Hemisphere. To conclude, the study of recent sediments and plants improved the understanding of factors affecting the composition and isotopic signatures of aliphatic biomarkers in sediments. Concentrations and isotopic signatures of the biomarkers in Lake Koucha could be interpreted in a palaeolimnological context and contribute to the knowledge about the history of the lake. Aquatic macrophyte-derived mid-chain n-alkanes were especially useful, due to their high abundance in many Tibetan Lakes and their ability to record major changes of lake productivity and palaeo-hydrological conditions. Therefore, they have the potential to contribute to a fuller understanding of past climate variability in this key region for atmospheric circulation systems.
N2  - Das tibetische Hochplateau ist die größte gehobene Landmasse der Erde und beeinflusst maßgeblich atmosphärische Zirkulationsmuster wie den Asiatischen Monsun. Um die Auswirkungen zukünftiger Schwankungen der Monsundynamik auf das regionale Klima besser einschätzen zu können, ist es wichtig, ein fundiertes Verständnis vergangener Klimaänderungen zu entwickeln. Daher ist das Tibetplateau in den letzten Jahren mehr und mehr in den Fokus paläoklimatischer Studien gerückt. Die große Anzahl an Seen in der Region bietet ein unerschöpfliches Klimaarchiv und viele Studien haben sich bereits mit Seesedimenten zur Klimarekonstruktion befasst. Dabei wurde in erster Linie auf biologische, sedimentologische und geochemische Parameter zurückgegriffen, wohingegen organische Biomarker bisher recht selten benutzt wurden. Die vorliegende Arbeit untersucht die Anwendbarkeit dieser potentiellen Klimaindikatoren auf dem Tibetplateau. Hierbei wurde ein Schwerpunkt auf die Analyse kutikularer Blattwachse von Wasserpflanzen gelegt, da diese wegen ihres starken Auftretens in tibetischen Seen einen erheblichen Beitrag zur organischen Substanz im Sediment leisten. Um den Einfluss von Wasserpflanzen auf das Sediment über einen weiten klimatischen Gradienten zu untersuchen, wurden Oberflächensedimente und Wasserpflanzen vom zentralen und östlichen Tibetplateau auf ihre Biomarkerzusammensetzung sowie auf ihre Kohlen- und Wasserstoffisotopensignatur untersucht. Dadurch wurde das Verständnis über beeinflussende Faktoren auf diese Parameter in Sedimenten vertieft. In einem Sedimentbohrkern des Koucha-Sees (östliches Tibetplateau) konnten diese Parameter dann im Hinblick auf Änderungen der Produktivität im See sowie der hydrologischen und klimatischen Bedingungen der letzten 15000 Jahre interpretiert werden. Es zeigte sich, dass der See bis 8000 Jahre vor Heute stark mit Wasserpflanzen bewachsen war, während die letzten 6000 Jahre Algen dominierten. Mit Hilfe von Wasserstoffisotopen wurden eine Zunahme des Monsuns und steigende Niederschläge zwischen 15000 und 10000 Jahren vor Heute sowie eine relativ trockene Periode zwischen 10000 und 7000 Jahren vor Heute rekonstruiert. Durch Kombination von Biomarkerkonzentrationen sowie deren Kohlenstoffisotopensignal wurden außerdem kurzzeitige Kälteperioden um ca. 6000, 3100 und 1800 Jahren vor Heute nachgewiesen, die vorher bereits in anderen Klimaarchiven in Tibet sowie auf der nördlichen Hemisphäre belegt wurden. Mit Hilfe von organischen Biomarkern konnte so ein detailliertes Bild über die Entwicklung des Koucha-Sees seit dem letzten Glazial gewonnen werden. Organische Biomarker haben sich somit als geeignet erwiesen, einen Beitrag zur Klimarekonstruktion auf dem Tibetplateau zu leisten.
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Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-42095
ER  -