TY  - THES
A1  - Sorrel, Philippe
T1  - The Aral Sea : a palaeoclimate archive
T1  - Der Aralsee : ein Paläoklimaarchiv
N2  - The intracontinental endorheic Aral Sea, remote from oceanic influences, represents an excellent sedimentary archive in Central Asia that can be used for high-resolution palaeoclimate studies. We performed palynological, microfacies and geochemical analyses on sediment cores retrieved from Chernyshov Bay, in the NW part of the modern Large Aral Sea. The most complete sedimentary sequence, whose total length is 11 m, covers approximately the past 2000 years of the late Holocene. High-resolution palynological analyses, conducted on both dinoflagellate cysts assemblages and pollen grains, evidenced prominent environmental change in the Aral Sea and in the catchment area. The diversity and the distribution of dinoflagellate cysts within the assemblages characterized the sequence of salinity and lake-level changes during the past 2000 years. Due to the strong dependence of the Aral Sea hydrology to inputs from its tributaries, the lake levels are ultimately linked to fluctuations in meltwater discharges during spring. As the amplitude of glacial meltwater inputs is largely controlled by temperature variations in the Tien Shan and Pamir Mountains during the melting season, salinity and lake-level changes of the Aral Sea reflect temperature fluctuations in the high catchment area during the past 2000 years. Dinoflagellate cyst assemblages document lake lowstands and hypersaline conditions during ca. 0–425 AD, 920–1230 AD, 1500 AD, 1600–1650 AD, 1800 AD and since the 1960s, whereas oligosaline conditions and higher lake levels prevailed during the intervening periods. Besides, reworked dinoflagellate cysts from Palaeogene and Neogene deposits happened to be a valuable proxy for extreme sheet-wash events, when precipitation is enhanced over the Aral Sea Basin as during 1230–1450 AD. We propose that the recorded environmental changes are related primarily to climate, but may have been possibly amplified during extreme conditions by human-controlled irrigation activities or military conflicts. Additionally, salinity levels and variations in solar activity show striking similarities over the past millennium, as during 1000–1300 AD, 1450–1550 and 1600–1700 AD when low lake levels match well with an increase in solar activity thus suggesting that an increase in the net radiative forcing reinforced past Aral Sea’s regressions. On the other hand, we used pollen analyses to quantify changes in moisture conditions in the Aral Sea Basin. High-resolution reconstruction of precipitation (mean annual) and temperature (mean annual, coldest versus warmest month) parameters are performed using the “probability mutual climatic spheres” method, providing the sequence of climate change for the past 2000 years in western Central Asia. Cold and arid conditions prevailed during ca. 0–400 AD, 900–1150 AD and 1500–1650 AD with the extension of xeric vegetation dominated by steppe elements. Conversely, warmer and less arid conditions occurred during ca. 400–900 AD and 1150–1450 AD, where steppe vegetation was enriched in plants requiring moister conditions. Change in the precipitation pattern over the Aral Sea Basin is shown to be predominantly controlled by the Eastern Mediterranean (EM) cyclonic system, which provides humidity to the Middle East and western Central Asia during winter and early spring. As the EM is significantly regulated by pressure modulations of the North Atlantic Oscillation (NAO) when the system is in a negative phase, a relationship between humidity over western Central Asia and the NAO is proposed. Besides, laminated sediments record shifts in sedimentary processes during the late Holocene that reflect pronounced changes in taphonomic dynamics. In Central Asia, the frequency of dust storms occurring during spring when the continent is heating up is mostly controlled by the intensity and the position of the Siberian High (SH) Pressure System. Using titanium (Ti) content in laminated sediments as a proxy for aeolian detrital inputs, changes in wind dynamics over Central Asia is documented for the past 1500 years, offering the longest reconstruction of SH variability to date. Based on high Ti content, stronger wind dynamics are reported from 450–700 AD, 1210–1265 AD, 1350–1750 AD and 1800–1975 AD, reporting a stronger SH during spring. In contrast, lower Ti content from 1750–1800 AD and 1980–1985 AD reflect a diminished influence of the SH and a reduced atmospheric circulation. During 1180–1210 AD and 1265–1310 AD, considerably weakened atmospheric circulation is evidenced. As a whole, though climate dynamics controlled environmental changes and ultimately modulated changes in the western Central Asia’s climate system, it is likely that changes in solar activity also had an impact by influencing to some extent the Aral Sea’s hydrology balance and also regional temperature patterns in the past. <hr> The appendix of the thesis is provided via the HTML document as ZIP download.
N2  - Der Aralsee ist ein intrakontinental gelegenes endorheisches Gewässer fernab von ozeanischen Einflüssen, welches ein exzellentes sedimentäres Archiv für hochauflösende Paläoklimastudien in Zentralasien darstellt. In der vorliegenden Studie wurden umfangreiche palynologische, mikrofazielle und geochemische Analysen anhand von mehreren Bohrkernen aus der Chernyshov-Bucht im NW des heutigen Großen Aralsees durchgeführt. Die vollständigste der erbohrten Sequenzen weist dabei eine Länge von 11 m auf und beinhaltet näherungsweise die letzten 2000 Jahre des Holozän. Die hochauflösenden palynologischen Analysen der Studie, welche sowohl die Untersuchung von Dinoflagellatenzysten als auch Pollen beinhaltet, zeugen von einschneidenden Umweltveränderungen im Aralsee und seinem Einzugsgebiet. Die Untersuchung von Diversität und räumlicher Verbreitung der fossilen Dinoflagellatenzysten vermittelt dabei ein genaues Bild von den Salinitäts- und Seespiegeländerungen der letzten 2000 Jahre. Aufgrund der weitgehenden Abhängigkeit der hydrologischen Verhältnisse des Aralsees von der Wasserführung seinen tributären Flüsse, hängt sein Seespiegel unmittelbar von den Schmelzwasserzuflüssen im Frühjahr ab. Da der Schmelzwasserzufluss seinerseits mit den Temperaturveränderungen im Tien Shan und Pamir während der Schneeschmelze in Verbindung steht, spiegeln die Paläo-Salinität und der Paläo-Seespiegel des Aralsees folglich die Temperaturveränderungen im hochgelegenen Einzugsgebiet des Aralsees wider. Die Untersuchung der fossilen Dinoflagellatenzysten belegt besonders niedrige Seestände und hypersaline Bedingungen während der Perioden 0–425 AD, 920–1230 AD, 1500 AD, 1600 AD, 1800 AD und seit 1960, wohingegen oligohaline Bedingungen und höhere Seestände zwischen diesen Phasen dokumentiert sind. Ferner stellen umgelagerte Dinoflagellatenzysten aus Paläogenen und Neogenen Ablagerungen wertvolle Proxies für den Beleg von extremen Flächenspülereignissen dar, wie sie beispielsweise 1230–1450 AD aufgetreten und durch sehr hohe Niederschläge dokumentiert sind. Anhand der in der Studie erarbeiteten Daten ist davon auszugehen, dass die am Aralsee nachgewiesenen Umweltveränderungen im Wesentlichen von klimatischen Änderungen induziert wurden, durch historischen Bewässerungsfeldbau oder militärischen Konflikten jedoch noch verstärkt werden konnten. Darüber hinaus zeigen die Seestandsveränderungen eine sehr hohe Korrelation mit der Sonnenaktivität im letzten Jahrtausend, wie etwa während den Perioden 1000–1300 AD, 1450–1550 und 1600–1700 AD. Komplementär zu der Untersuchung von Dinoflagellatenzysten liefert die Pollenanalyse wertvolle Klimadaten für das Becken des Aralsees. Verschiedene Temperatur- (Jahresmittel, kältester gegen wärmster Monat) und Niederschlagsparameter wurden mit Hilfe der Methode der „probability mutual climatic spheres“ quantitative ausgewertet, womit die Klimaentwicklung im westlichen Zentralasien der letzten 2000 Jahre nachvollzogen werden konnte. Kalte und aride Bedingungen wiesen demnach die durch trockenangepasste Vegetation und Steppenelementen geprägten Perioden 0–400 AD, 900–1150 AD und 1500–1650 AD auf. Andererseits traten warme und weniger aride Klimabedingungen in den durch niederschlagsbedürftigere Pflanzen gekennzeichneten Zeiträumen 400–900 AD and 1150–1450 AD in den Vordergrund. Die Studie zeigt für das Becken des Aralsees, dass die Veränderungen im Niederschlagsmuster hauptsächlich vom zyklonalen System des östlichen Mittelmeergebietes (EM) gesteuert werden, welches den nahen Osten und das westliche Zentralasien mit Feuchtigkeit im Winter und Frühjahr versorgt. Da seinerseits das EM maßgeblich von Luftdruckänderungen der Nordatlantischen Oszillation (NAO) während seiner negativen Phase reguliert wird, ist ein Zusammenhang zwischen der Feuchtigkeit im westlichen Zentralasien und dem NAO anzunehmen. Außerdem belegen die laminierten Sedimente Veränderungen in den Sedimentationsprozessen während des späten Holozän, sowie ausgeprägte Änderungen im taphonomischen Verhalten. In Zentralasien hängt die Häufigkeit der im Frühjahr auftretenden Staubstürme hauptsächlich von der Intensität und der Position des Sibirienhochs (SH) ab. Der Gehalt an Titanium (Ti) als Proxy für äolischen Eintrag in den laminierten Sedimenten erlaubt die Rekonstruktion von winddynamischen Veränderungen in Zentralasien in den letzten 1500 Jahren. Die Studie beinhaltet daher die bislang längste Analyse der Variabilität des SH. Hohe Titaniumwerte sprechen für eine stärkere Winddynamik während den Perioden 450–700 AD, 1210–1265 AD, 1350–1750 AD und 1800–1975 AD, und dokumentieren demzufolge eine stärker ausgeprägtes SH während des Frühjahrs. Umgekehrt belegen geringe Titaniumwerte für die Zeit von 1180–1210 AD, 1265–1310 AD, 1750–1800 AD und 1980–1985 AD einen reduzierten Einfluss des SH.
T2  - The Aral Sea : a palaeoclimate archive
KW  - Aralsee
KW  - spätes Holozän
KW  - Klimaveränderung
KW  - Seestandsänderung
KW  - Dinoflagellatenzyste
KW  - Pollenanalyse
KW  - Winddynamik
KW  - Zentralasien
KW  - Mediterranes Tiefdrucksystem
KW  - Sibirienhoch
KW  - Vegetation
KW  - NAO
KW  - Aral Sea
KW  - late holocene
KW  - climatic change
KW  - lake-level change
KW  - Central Asia
Y1  - 2006
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-7807
ER  - 
TY  - THES
A1  - Rosenwinkel, Swenja
T1  - Rock glaciers and natural dams in Central Asia
T1  - Blockgletscher und natürliche Staudämme in Zentralasien
N2  - The formation and breaching of natural dammed lakes have formed the landscapes, especially in seismically active high-mountain regions. Dammed lakes pose both, potential water resources, and hazard in case of dam breaching. Central Asia has mostly arid and semi-arid climates. Rock glaciers already store more water than ice-glaciers in some semi-arid regions of the world, but their distribution and advance mechanisms are still under debate in recent research. Their impact on the water availability in Central Asia will likely increase as temperatures rise and glaciers diminish.
This thesis provides insight to the relative age distribution of selected Kyrgyz and Kazakh rock glaciers and their single lobes derived from lichenometric dating. The size of roughly 8000 different lichen specimens was used to approximate an exposure age of the underlying debris surface. We showed that rock-glacier movement differs signifcantly on small scales. This has several implications for climatic inferences from rock glaciers. First, reactivation of their lobes does not necessarily point to climatic changes, or at least at out-of-equilibrium conditions. Second, the elevations of rock-glacier toes can no longer be considered as general indicators of the limit of sporadic mountain permafrost as they have been used traditionally.
In the mountainous and seismically active region of Central Asia, natural dams, besides rock glaciers, also play a key role in controlling water and sediment infux into river valleys. However, rock glaciers advancing into valleys seem to be capable of infuencing the stream network, to dam rivers, or to impound lakes. This influence has not previously been addressed. We quantitatively explored these controls using a new inventory of 1300 Central Asian rock glaciers. Elevation, potential incoming solar radiation, and the size of rock glaciers and their feeder basins played key roles in predicting dam appearance. Bayesian techniques were used to credibly distinguish between lichen sizes on rock glaciers and their lobes, and to find those parameters of a rock-glacier system that are most credibly expressing the potential to build natural dams.
To place these studies in the region's history of natural dams, a combination of dating of former lake levels and outburst flood modelling addresses the history and possible outburst flood hypotheses of the second largest mountain lake of the world, Issyk Kul in Kyrgyzstan. Megafoods from breached earthen or glacial dams were found to be a likely explanation for some of the lake's highly fluctuating water levels. However, our detailed analysis of candidate lake sediments and outburst-flood deposits also showed that more localised dam breaks to the west of Issyk Kul could have left similar geomorphic and sedimentary evidence in this Central Asian mountain landscape. We thus caution against readily invoking megafloods as the main cause of lake-level drops of Issyk Kul. In summary, this thesis addresses some new pathways for studying rock glaciers and natural dams with several practical implications for studies on mountain permafrost and natural hazards.
N2  - Die Entstehung und das Ausbrechen natürlicher Stauseen prägen die Landschaft, insbesondere in seinsmisch aktiven Hochgebirgsregionen. Stauseen bergen zugleich Potential für Wasserressourcen, aber Gefahr durch Überflutungen. Mit steigenden Temperaturen und voranschreitender Gletscherschmelze wird der Bedarf an alternativen Wasserressourcen steigen. Zentralasien unterliegt größtenteils ariden und semiariden Klimabedingungen. In manchen semiariden Gebieten der Welt speichern Blockgletscher heute schon mehr Wasser als Eisgletscher. Ihr Anteil an der Wasserverfügbarkeit in Zentralasien wird in Zukunft vermutlich steigen. Die Verteilung und die Mechanismen, die das Auftreten und das Vorrücken der Blockgletscher beeinflussen, sind allerdings noch nicht gut erforscht.
In der vorliegenden Arbeit wurden Blockgletscher in Kirgistan und Kasachstan ausgewählt, um die Altersverteilung ihrer Loben relativ mit Lichenometrie zu bestimmen. Dafür wurden etwa 8000 Flechtendurchmesser gemessen, die, bei bekannter Wachstumsrate, Aussagen über das Expositionsalter des unterliegenden Gesteins zulassen und somit über die Zeit, seitdem keine Bewegungen mehr stattgefunden haben, die eine andere Seite des Gesteins exponiert hätten. Es zeigte sich, dass die Blockgletscherbewegungen auf kleinräumiger Skala sehr unterschiedlich sind und nicht allein von großräumigen topoklimatischen Gegebenheiten abhängen. Diese Erkenntnis bedeutet eine Einschränkung des in der Literatur häufig gezogenen Rückschlusses von Blockgletscherbewegungen auf klimatische Veränderungen oder der Nutzung von Blockgletscherhöhen als Indikator für die untere Grenze des Permafrostbereiches.
Natürliche Staudämme spielen eine Schlüsselrolle dabei den Wasser- und Sedimenteintrag in die Flüsse zu kontrollieren. Blockgletscher können ebenfalls so weit in das Tal vorrücken, dass sie Flussläufe beeinflussen und Seen aufstauen. Diesem Phenomen wurde in dieser Arbeit erstmals nachgegangen und mit einem neu erstellten Inventar von 1300 Blockgletschern die möglichen Kontrollfaktoren, die zu der Bildung eines Blockglestcherdamms führen, ausgewertet. Die Blockgletscherhöhe, die potentielle Sonneneinstrahlung, sowie die Größe der Blockgletscher und ihrer Einzugsgebiete spielen dabei eine große Rolle für die Vorhersage des Auftretens von Blockgletscherdämmen. Für die beiden eben genannten Studien wurde ein Bayesisches Verfahren gewählt, um die mit Hilfe der Größenunterschiede der Flechtendurchmesser auf den einzelnen Blockgletschern und ihren Loben gewonnenen relativen Gesteinsexpositonsaltersunterschiede zu identifizieren. Desweiteren wurde die Methode genutzt, um die Parameter ausfindig zu machen, die am wahrscheinlichsten dazu führen, dass Blockgletscher Dämme bilden.
Mit einer Kombination aus Datierungen vergangener Seespiegelstände und Flutmodellierungen möglicher Seeausbrüche des Issyk Kul in Kirgistan, des zweitgrößten Bergsees der Welt, geht diese Arbeit der Plausibilit ät der Zusammenhänge zwischen Seespiegelschwankungen und -ausbrüchen nach, die sich im Quartär zugetragen haben. Dabei wurde ein zeitlicher Zusammenhang zwischen Seespiegelsenkung und Flutablagerungen bestätigt. Die Modellierungen deuten auf groÿe Seeausbrüche hin, zeigen allerdings auch die Möglichkeit auf, dass ein kleinerer aufgestauter See westlich des Issyk Kul auch ähnliche Spuren im Sedimentarchiv hinterlassen haben könnte. Somit sind die Seespiegelabfälle nicht eindeutig katastrophalen Seeausbrüchen zuzuordnen. Zusammenfassend zeigt diese Arbeit neueWege Blockgletscher und natürliche Staudämme zu analysieren und die Ergebnisse liefern praktische Hinweise für die Permafrost- und Naturgefahrenforschung.
KW  - rock glaciers
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KW  - lichenometry
KW  - lake-level change
KW  - cosmogenic nuclide dating
KW  - Bayes
KW  - Bayesische Statistik
KW  - Altersdatierung mit kosmogenen Nukliden
KW  - Seespiegelschwankungen
KW  - Lichenometrie
KW  - Natürliche Staudämme
KW  - Naturgefahren
KW  - Blockgletscher
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-410386
ER  -