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  - 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.
KW  - Biomarker
KW  - Isotope
KW  - Tibet
KW  - Paläolimnologie
KW  - Klima
KW  - Wasserpflanzen
KW  - biomarker
KW  - isotopes
KW  - Tibetan Plateau
KW  - palaeolimnology
KW  - climate
KW  - macrophytes
Y1  - 2009
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-42095
ER  - 
TY  - THES
A1  - Grewe, Sina
T1  - Hydro- and biogeochemical investigations of lake sediments in the Kenyan Rift Valley
T1  - Hydro- und biogeochemische Untersuchungen von Seesedimenten aus dem Kenianischen Rift Valley
N2  - Die Seen im kenianischen Riftsystem bieten die einmalige Gelegenheit eine große Bandbreite an hydrochemischen Umweltbedingungen zu studieren, die von Süßwasserseen bis hin zu hochsalinen und alkalinen Seen reichen. Da wenig über die hydro- und biogeochemischen Bedingungen in den darunterliegenden Seesedimenten bekannt ist, war es das Ziel dieser Arbeit, bereits existierende Datensätze mit Daten aus der Porenwasser- und Biomarker-Analyse zu erweitern. Zusätzlich wurden reduzierte Schwefelkomponenten und Sulfatreduktionsraten in den Sedimenten bestimmt. Mit den neu gewonnenen Daten wurde der anthropogene und mikrobielle Einfluss auf die Seesedimente untersucht sowie der Einfluss der Wasserchemie auf den Abbau und den Erhalt von organischem Material im Sediment. Zu den untersuchten Seen gehörten: Logipi, Eight (ein kleiner Kratersee in der Region Kangirinyang), Baringo, Bogoria, Naivasha, Oloiden und Sonachi.   
Die Biomarker-Zusammensetzungen in den untersuchten Seesedimenten waren ähnlich; allerdings gab es einige Unterschiede zwischen den salinen Seen und den Süßwasserseen. Einer dieser Unterschiede war das Vorkommen eines mit β-Carotin verwandten Moleküls, das nur in den salinen Seen gefunden wurde. Dieses Molekül stammt wahrscheinlich von Cyanobakterien, Einzellern die in großer Anzahl in salinen Seen vorkommen. In den beiden Süßwasserseen wurde Stigmasterol gefunden, ein für Süßwasseralgen charakteristisches Sterol. In dieser Studie hat sich gezeigt, dass Bogoria und Sonachi für Umweltrekonstruktionen mit Biomarkern besonders gut geeignet sind, da die Abwesenheit von Sauerstoff an deren Seegründen den Abbau von organischem Material verlangsamt. Andere Seen, wie zum Beispiel Naivasha, sind aufgrund des großen anthropogenen Einflusses weniger gut für solche Rekonstruktionen geeignet. Die Biomarker-Analyse bot jedoch die Möglichkeit, den menschlichen Einfluss auf den See zu studieren. Desweiteren zeigte diese Studie, dass sich Horizonte mit einem hohen Anteil an elementarem Schwefel als temporale Marker nutzen lassen. Diese Horizonte wurden zu einer Zeit abgelagert, als die Wasserpegel sehr niedrig waren. Der Schwefel wurde von Mikroorganismen abgelagert, die zu anoxygener Photosynthese oder Sulfidoxidation fähig sind.
N2  - The lakes in the Kenyan Rift Valley offer the unique opportunity to study a wide range of hydrochemical environmental conditions, ranging from freshwater to highly saline and alkaline lakes. Because little is known about the hydro- and biogeochemical conditions in the underlying lake sediments, it was the aim of this study to extend the already existing data sets with data from porewater and biomarker analyses. Additionally, reduced sulphur compounds and sulphate reduction rates in the sediment were determined. The new data was used to examine the anthropogenic and microbial influence on the lakes sediments as well as the influence of the water chemistry on the degradation and preservation of organic matter in the sediment column. The lakes discussed in this study are: Logipi, Eight (a small crater lake in the region of Kangirinyang), Baringo, Bogoria, Naivasha, Oloiden, and Sonachi. 
The biomarker compositions were similar in all studied lake sediments; nevertheless, there were some differences between the saline and freshwater lakes. One of those differences is the occurrence of a molecule related to β-carotene, which was only found in the saline lakes. This molecule most likely originates from cyanobacteria, single-celled organisms which are commonly found in saline lakes. In the two freshwater lakes, stigmasterol, a sterol characteristic for freshwater algae, was found. In this study, it was shown that Lakes Bogoria and Sonachi can be used for environmental reconstructions with biomarkers, because the absence of oxygen at the lake bottoms slowed the degradation process. Other lakes, like for example Lake Naivasha, cannot be used for such reconstructions, because of the large anthropogenic influence. But the biomarkers proved to be a useful tool to study those anthropogenic influences. Additionally, it was observed that horizons with a high concentration of elemental sulphur can be used as temporal markers. Those horizons were deposited during times when the lake levels were very low. The sulphur was deposited by microorganisms which are capable of anoxygenic photosynthesis or sulphide oxidation.
KW  - Ostafrikansches Rift
KW  - saline Seen
KW  - Biomarker
KW  - Umweltrekonstruktion
KW  - Sulfatreduktion
KW  - Seesediment
KW  - East African Rift
KW  - saline lakes
KW  - biomarker
KW  - environmental reconstruction
KW  - sulphate reduction
KW  - lake sediment
Y1  - 2016
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-98342
ER  - 
TY  - THES
A1  - Genderjahn, Steffi
T1  - Biosignatures of Present and Past Microbial Life in Southern African Geoarchives
T1  - Biosignaturen von gegenwärtigem und vergangenem mikrobiellen Leben in 
südafrikanischen Geoarchiven
N2  - Global climate change is one of the greatest challenges of the 21st century, with influence on the environment, societies, politics and economies. The (semi-)arid areas of Southern Africa already suffer from water scarcity. There is a great variety of ongoing research related to global climate history but important questions on regional differences still exist.
In southern African regions terrestrial climate archives are rare, which makes paleoclimate studies challenging. Based on the assumption that continental pans (sabkhas) represent a suitable geo-archive for the climate history, two different pans were studied in the southern and western Kalahari Desert. A combined approach of molecular biological and biogeochemical analyses is utilized to investigate the diversity and abundance of microorganisms and to trace temporal and spatial changes in paleoprecipitation in arid environments. The present PhD thesis demonstrates the applicability of pan sediments as a late Quaternary geo-archive based on microbial signature lipid biomarkers, such as archaeol, branched and isoprenoid glycerol dialkyl glycerol tetraethers (GDGTs) as well as phospholipid fatty acids (PLFA). The microbial signatures contained in the sediment provide information on the current or past microbial community from the Last Glacial Maximum to the recent epoch, the Holocene. The results are discussed in the context of regional climate evolution in southwestern Africa. The seasonal shift of the Innertropical Convergence Zone (ITCZ) along the equator influences the distribution of precipitation- and climate zones. The different expansion of the winter- and summer rainfall zones in southern Africa was confirmed by the frequency of certain microbial biomarkers. A period of increased precipitation in the south-western Kalahari could be described as a result of the extension of the winter rainfall zone during the last glacial maximum (21 ± 2 ka). Instead a period of increased paleoprecipitation in the western Kalahari was indicated during the Late Glacial to Holocene transition. This was possibly caused by a southwestern shift in the position of the summer rainfall zone associated to the southward movement of the ITCZ.
Furthermore, for the first time this study characterizes the bacterial and archaeal life based on 16S rRNA gene high-throughput sequencing in continental pan sediments and provides an insight into the recent microbial community structure. Near-surface processes play an important role for the modern microbial ecosystem in the pans. Water availability as well as salinity might determine the abundance and composition of the microbial communities. The microbial community of pan sediments is dominated by halophilic and dry-adapted archaea and bacteria. Frequently occurring microorganisms such as, Halobacteriaceae, Bacillus and Gemmatimonadetes are described in more detail in this study.
N2  - Der globale Klimawandel beeinflusst Umwelt, Gesellschaft, Politik sowie Wirtschaft und ist eine der größten Herausforderungen des 21. Jahrhunderts. Die semi-ariden bzw. ariden Gebiete im südlichen Afrika leiden bereits unter Wasserknappheit. Eine Vielzahl laufender Forschungsprojekte befasst sich mit der globalen Klimageschichte, wobei häufig Fragen zu regionalen Unterschieden offen bleiben.
In den südafrikanischen Gebieten sind terrestrische Klimaarchive (wie z.B. Seen) selten, so dass die Durchführung von Paleoklimastudien schwierig ist. Basierend auf der Annahme, dass kontinentale Pfannen (Sabkhas) zur Klimarekonstruktion geeignet sind, wurden in der vorliegenden Doktorarbeit zwei unterschiedliche Pfannen in der süd- und in der westlichen Kalahari untersucht. Mittels eines kombinierten Ansatzes aus molekularbiologischen und biogeochemischen Methoden wurde die Diversität und Abundanz der Mikroorganismen analysiert, um räumliche und zeitliche Veränderungen in Bezug auf den Niederschlag in diesen trockenen Gebieten zu rekonstruieren. Diese Dissertation betrachtet u.a. das Potential der Pfannensedimente als Geoarchiv auf Basis der mikrobiellen Biomarkeranalyse, wie Archaeol, verzweigte und isoprenoiden Glycerol Dialkyl Glycerol Tetraethern (GDGTs) sowie Phospholipidfettsäuren (PLFAs). Die im Sediment enthaltenen mikrobiellen Signaturen geben Auskunft über die gegenwärtige bzw. vergangene mikrobielle Gemeinschaft vom Letzten Glazialen Maximum bis zur jüngsten Epoche, dem Holozän. Die Ergebnisse werden im Kontext der regionalen Klimaentwicklung im südwestlichen Afrika diskutiert. Bedingt durch die saisonale Verschiebung der Innertropischen Konvergenzzone (ITCZ) entlang des Äquators verändert sich die Verteilung von Niederschlags- und Klimazonen.
Die unterschiedliche Ausdehnung der Winter- und Sommerregenzonen im südlichen Afrika konnte anhand der Häufigkeit bestimmter mikrobieller Biomarker bestätigt werden. Aufgrund der Ausdehnung der Winterregenzone während des Letzten Glazialen Maximums (LGM, 21 ± 2 ka) konnte eine Periode erhöhten Niederschlags in der südwestlichen Kalahari beschrieben werden. Im Gegensatz dazu konnte eine Niederschlagszunahme zwischen dem letzten Glazial bis zum Holozän (17 – 12 ka) in der westlichen Kalahari aufgezeigt werden, ausgelöst durch eine Verschiebung der ITCZ in Richtung Süden.
Darüber hinaus charakterisiert diese Studie erstmals das bakterielle und archaelle Leben auf Basis der 16S rRNA Gen Hochdurchsatz-Sequenzierung in kontinentalen Pfannensedimenten und gibt einen Einblick in die Struktur der mikrobiellen Gemeinschaft. Oberflächennahe Prozesse spielen eine wichtige Rolle für das moderne mikrobielle Ökosystem in den Pfannen. Wasserverfügbarkeit sowie der Salzgehalt bestimmen die Abundanz und Diversität der mikrobiellen Gemeinschaften. Gelegentliche Regenschauer können die Bedingungen an den oberflächennahen Sedimenten schnell verändern und das mikrobielle Leben beeinflussen. Die mikrobielle Gemeinschaft der Pfannensedimente wird von halophilen und an die Trockenheit angepassten Archaeen und Bakterien dominiert. Häufig vorkommende Mikroorganismen, wie zum Beispiel Halobacteriaceae, Bacillus und Gemmatimonadetes werden in der vorliegenden Arbeit näher beschrieben.
Diese Arbeit gibt einen Einblick in die Diversität und Verteilung der mikrobiellen Gemeinschaft in nährstoffarmen und niederschlagsarmen, semi-ariden Habitaten. Sie beschreibt die Verwendung von Lipidbiomarkern als Proxy der mikrobiellen Abundanz in Bezug auf vergangene klimatische Veränderungen in der Kalahari.
KW  - biomarker
KW  - paleoclimate
KW  - Kalahari
KW  - halophiles
KW  - next generation sequencing
KW  - Biomarker
KW  - Paläoklima
KW  - Kalahari
KW  - Halophile
KW  - Hochdurchsatzsequenzierung
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-410110
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TY  - THES
A1  - Menges, Johanna
T1  - Organic Carbon Storage, Transfer and Transformation in the Himalaya
BT  - insights from the Kali Gandaki Valley in Central Nepal
N2  - The transfer of particulate organic carbon from continents to the ocean is an important component of the global carbon cycle. Transfer to and burial of photosynthetically fixed biospheric organic carbon in marine sediments can effectively sequester atmospheric carbon dioxide over geological timescales. The exhumation and erosion of fossil organic carbon contained in sedimentary rocks, i.e. petrogenic carbon, can result in remineralization, releasing carbon to the atmosphere. In contrast, eroded petrogenic organic carbon that gets transferred back to the ocean and reburied does not affect atmospheric carbon content. 
Mountain ranges play a key role in this transfer since they can source vast amounts of sediment including particulate organic carbon. Globally, the export of both, biospheric and petrogenic organic carbon has been linked to sediment export. Additionally, short transfer times from mountains to the ocean and high sediment concentrations have been shown to increase the likelihood of organic carbon burial. While the importance of mountain ranges in the organic carbon cycle is now widely recognized, the processes acting within mountain ranges to influence the storage, cycling and mobilization of organic carbon, as well as carbon fluxes from mountain ranges remain poorly constrained. 
In this thesis, I employ different methods to assess the nature and fate of particulate organic carbon in mountain belts, ranging from the molecular to regional landscape scale. These studies are located along the Trans-Himalayan Kali Gandaki River in Central Nepal. This river traverses all major geological and climatic zones of the Himalaya, from the dry northern Tibetan plateau to the high-relief, monsoon dominated steep High Himalaya and the lower relief and abundant vegetation of the Lesser Himalayan region. 
First, I document how biospheric organic matter has accumulated during the Holocene in the headwaters of the Kali Gandaki River valley, by combining compound specific isotope measurements with different dating methods and grain size data, and investigate the stability of this organic carbon reservoir on millennial timescales. I show, that around 1.6 ka an eco-geomorphic tipping point occurred leading to a destabilization of the landscape resulting in today’s high erosion rates and the excavation of the aged organic carbon reservoir. This study highlights the climatic and geomorphic controls on biospheric organic carbon storage and release from mountain ranges. 
Second, I systematically investigate the spatial variation of particulate organic carbon fluxes across the Himalaya along the Kali Gandaki River, using bulk stable and radioactive isotopes combined with a new Bayesian modeling approach. The detailed dataset allows the distinction of aged and modern biospheric organic carbon as well as petrogenic organic carbon across the Himalayan mountain range and the investigation of the role of climatic and geomorphic factors in their riverine export. The data suggest a decoupling of the particulate organic carbon from the sediment yield along the Kali Gandaki River, partially driven by climatic and geomorphic processes. In contrast to the suspended sediment, a large part of the particulate organic carbon exported by the river originates from the Tibetan part of the catchment and is dominated by petrogenic organic carbon derived from Jurassic shales with only minor contributions of modern and aged biospheric organic carbon. These findings emphasize the importance of organic carbon source distribution and erosion mechanisms in determining the organic carbon export from mountain ranges. 
In a third step, I explore the potential of ultra-high resolution mass spectrometry for particulate organic carbon transport studies. I have generated a novel and unprecedented high-resolution molecular dataset, which contains up to 103 molecular formulas of the lipid fraction of particulate organic matter for modern and aged biospheric carbon, petrogenic organic carbon and river sediments. First, I test if this dataset can be used to better resolve different organic carbon sources and to identify new geochemical tracers. Using multivariate statistics, I identify up to 10² characteristic molecular formulas for the major organic carbon sources in the upper part of the Kali Gandaki catchment, and trace their transfer from the surrounding landscape into the river sediment. Second, I test the potential of the molecular dataset to trace molecular transformations along source-to-sink pathways. I identify changes in molecular metrics derived from the dataset, which are characteristic of transformation processes during incorporation of litter into soil, the aging of soil material, and the mobilization of the organic carbon into the river. These two studies demonstrate that high-resolution molecular datasets open a promising analytical window on particulate organic carbon and can provide novel insights into the composition, sourcing and transformation of riverine particulate organic carbon. 
Collectively, these studies advance our understanding of the processes contributing to the storage and mobilization of organic carbon in the Central Himalaya, the mountain belt that dominates global erosional fluxes. They do so by identifying the major sources of particulate organic carbon to the Trans-Himalayan Kali Gandaki River, by elucidating their sensitivity to climate and geomorphic processes, and by identifying some of the transformations of this material on the molecular scale. As a result, the thesis demonstrates that the amount and composition of organic carbon routed from mountain belts is a function of the dynamic interactions of geologic, biologic, geomorphic and climatic processes within the mountain belt. This understanding will ultimately help in answering whether the build-up and erosion of mountain ranges over geological time represents a net carbon source or sink to the atmosphere. Beyond this, the thesis contributes to our technical ability to characterize organic matter and attribute it to sources by scoping the potential of high-end molecular analysis.
KW  - organic carbon cycle
KW  - biomarker
KW  - isotopes
KW  - Himalaya
KW  - rivers
Y1  - 2020
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TY  - THES
A1  - van der Veen, Iris
T1  - Defining moisture sources and (palaeo)environmental conditions using isotope geochemistry in the NW Himalaya
N2  - Anthropogenic climate change alters the hydrological cycle. While certain areas experience more intense precipitation events, others will experience droughts and increased evaporation, affecting water storage in long-term reservoirs, groundwater, snow, and glaciers. High elevation environments are especially vulnerable to climate change, which will impact the water supply for people living downstream. The Himalaya has been identified as a particularly vulnerable system, with nearly one billion people depending on the runoff in this system as their main water resource. As such, a more refined understanding of spatial and temporal changes in the water cycle in high altitude systems is essential to assess variations in water budgets under different climate change scenarios. 
However, not only anthropogenic influences have an impact on the hydrological cycle, but changes to the hydrological cycle can occur over geological timescales, which are connected to the interplay between orogenic uplift and climate change. However, their temporal evolution and causes are often difficult to constrain. Using proxies that reflect hydrological changes with an increase in elevation, we can unravel the history of orogenic uplift in mountain ranges and its effect on the climate. 
In this thesis, stable isotope ratios (expressed as δ2H and δ18O values) of meteoric waters and organic material are combined as tracers of atmospheric and hydrologic processes with remote sensing products to better understand water sources in the Himalayas. In addition, the record of modern climatological conditions based on the compound specific stable isotopes of leaf waxes (δ2Hwax) and brGDGTs (branched Glycerol dialkyl glycerol tetraethers) in modern soils in four Himalayan river catchments was assessed as proxies of the paleoclimate and (paleo-) elevation. Ultimately, hydrological variations over geological timescales were examined using δ13C and δ18O values of soil carbonates and bulk organic matter originating from sedimentological sections from the pre-Siwalik and Siwalik groups to track the response of vegetation and monsoon intensity and seasonality on a timescale of 20 Myr.
	I find that Rayleigh distillation, with an ISM moisture source, mainly controls the isotopic composition of surface waters in the studied Himalayan catchments. An increase in d-excess in the spring, verified by remote sensing data products, shows the significant impact of runoff from snow-covered and glaciated areas on the surface water isotopic values in the timeseries.
In addition, I show that biomarker records such as brGDGTs and δ2Hwax have the potential to record (paleo-) elevation by yielding a significant correlation with the temperature and surface water δ2H values, respectively, as well as with elevation. Comparing the elevation inferred from both brGDGT and δ2Hwax, large differences were found in arid sections of the elevation transects due to an additional effect of evapotranspiration on δ2Hwax. A combined study of these proxies can improve paleoelevation estimates and provide recommendations based on the results found in this study.
Ultimately, I infer that the expansion of C4 vegetation between 20 and 1 Myr was not solely dependent on atmospheric pCO2, but also on regional changes in aridity and seasonality from to the stable isotopic signature of the two sedimentary sections in the Himalaya (east and west).
This thesis shows that the stable isotope chemistry of surface waters can be applied as a tool to monitor the changing Himalayan water budget under projected increasing temperatures. Minimizing the uncertainties associated with the paleo-elevation reconstructions were assessed by the combination of organic proxies (δ2Hwax and brGDGTs) in Himalayan soil. Stable isotope ratios in bulk soil and soil carbonates showed the evolution of vegetation influenced by the monsoon during the late Miocene, proving that these proxies can be used to record monsoon intensity, seasonality, and the response of vegetation. In conclusion, the use of organic proxies and stable isotope chemistry in the Himalayas has proven to successfully record changes in climate with increasing elevation. The combination of δ2Hwax and brGDGTs as a new proxy provides a more refined understanding of (paleo-)elevation and the influence of climate.
N2  - Die Auswirkungen des menschgemachten Klimawandels wirken sich auch auf den Wasserkreislauf aus. Während manche Regionen höhere Niederschlagsmengen zu erwarten haben, werden andere mit stärkeren und
häufigeren Trockenperioden zu konfrontiert sein. Diese Veränderungen haben einen unmittelbaren Einfluss auf Evaporation, Langzeit-Wasserreservoire, Grundwasserbildung, Schneefall und Gletscher. Da Gebirge und Hochplateaus überdurchschnittlich von den Auswirkungen des Klimawandels betroffen sind, ist die Wasserversorgung der Menschen entlang der dort entspringenden Flüsse gefährdet. Insbesondere der Himalaya gilt als instabile Region, dessen Abflüsse die Wasserversorgung von annähernd einer Milliarde Menschen gewährleisten. Um zu erwartende Veränderungen des Wasserbudgets in Abhängigkeit von verschiedenen möglichen Klimawandelszenarien abschätzen zu können, ist ein detaillierteres Verständnis des Wasserkreislaufs in Hochgebirgen und -plateaus erforderlich.
Neben dem globalen Klimawandel gibt es weitere Faktoren, die sich auf den Wasserkreislauf auswirken. Das Wechselspiel zwischen Gebirgsbildung und klimatischen Bedingungen beeinflusst den Wasserkreislauf auf geologischen Zeitskalen. Entsprechende Veränderungen und ihre Auswirkungen lassen sich jedoch nur eingeschränkt bestimmen. Mittels geeigneter Proxies für höhenbedingte Änderungen der Hydrologie lassen sich der Orogeneseverlauf sowie dessen klimatische Auswirkungen allerdings genauer rekonstruieren. In der vorliegenden Arbeit werden die Verhältnisse stabiler Isotope (als δ2H und δ18O ausgedrückt) von meteorischen Wassern sowie von organischem Material mit Methoden der Satellitenfernerkundung als Indikator für atmosphärische und hydrologische Prozesse kombiniert, um ein besseres Verständnis der verschiedenen Wasserquellen des Himalaya zu erlangen. Darüber hinaus wurde der Link zwischen modernen klimatischen Bedingungen und verbindungsspezifischen stabilen Isotopen von Blattwachsen (δ2Hwax) sowie von brGDGTs (branched Glycerol dialkyl glycerol tetraethers) rezenter Bodenproben aus den Einzugsgebieten vierer Flüsse des Himalaya hergestellt, um sie als Paläo-Klima- und Paläo-Höhenproxy verwenden zu können. Zu guter Letzt wurden hydrologische Veränderungen auf einer Zeitskala von 20 Mio. Jahren anhand von δ13C- and δ18O-Werten von Bodencarbonat und organischem Material aus Sedimentschnitten der pre-Siwalik und Siwalik-Einheiten nachvollzogen. Die Erkenntnisse dieser tragen zu einer deutlich genaueren Rekonstruktion von Vegetationsänderungen und der Entwicklung der Monsun-Intensität sowie -Saisonalität bei.
Die Isotopenzusammensetzung der Oberflächenwasser der untersuchten Flüsse wird hauptsächlich durch Rayleigh-Destillation der im Wesentlichen vom Indischen Sommer Monsun eingetragenen Feuchtigkeit
bestimmt. Der durch Satellitenfernerkundungsdaten bestätigte Anstieg des Deuterium-Exzesses (d-excess) im Frühjahr verdeutlicht den signifikanten Einfluss von Schnee- und Gletscherschmelze, der auch in Zeitreihen von Oberflächenwasserproben erkennbar ist.
Sowohl brGDGT als auch δ2Hwax können potentiell die absolute Höhe
zum Zeitpunkt ihrer Synthese abbilden, da sie stark mit der Lufttemperatur, bzw. mit Oberflächenwasser δ2H und somit indirekt auch mit der Höhe korreliert sind. Im direkten Vergleich der mittels brGDGT und δ2Hwax rekonstruierten Höhen ergaben sich insbesondere in ariden Teilen der Höhenprofile große Unterschiede. Diese sind hauptsächlich auf verstärkte Evapotranspiration und deren Auswirkung auf Pflanzenwasser und -wachse zurückzuführen. Basierend auf den Erkenntnissen der vorliegenden Arbeit können weitere vergleichende Untersuchungen beider Proxies genauere Paläo-Höhenstudien ermöglichen.
Diese Arbeit zeigt, dass die Isotopie von Oberflächenwassern genutzt
werden kann, um den sich ändernden Wasserhaushalt des Himalya im
Kontext voraussichtlich weiter ansteigender Temperaturen zu beobachten. Unsicherheiten bei der Rekonstruktion von Paläo-Höhen konnten durch eine vergleichende Analyse zweier organischer Proxies (δ2Hwax and brGDGTs) aus Paläo-Bodenproben des Himalayas minimiert werden. Verhältnisse stabiler Isotope von Blattwachsen aus diesen Bodenproben spiegeln die Entwicklung der Vegetation unter dem Einfluss des Monsuns im späten Miozän wider. Zusammenfassend wurde erfolgreich gezeigt, dass organische Proxies und stabile Isotope höhenabhängige Änderungen des Klimas im Himalaya aufzeichnen können.
Die Kombination von δ2Hwax and brGDGTs als neuer Proxy ermöglicht eine
deutlich differenziertere Betrachtung von rekonstruierten Paläo-Höhen sowie Paläo-Klima.
KW  - stable isotope
KW  - Himalaya
KW  - n-alkanes
KW  - d-excess
KW  - biomarker
KW  - paleohydrology
KW  - GDGT
KW  - GDGT
KW  - Himalaya
KW  - Biomarker
KW  - Deuterium Exzesses
KW  - n-alkane
KW  - Paläohydrologie
KW  - stabilen Isotopen
Y1  - 2021
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-514397
ER  -