TY  - JOUR
A1  - Prasad, Sushma
A1  - Baier, Janina
T1  - Tracking the impact of mid- to late Holocene climate change and anthropogenic activities on Lake Holzmaar using an updated Holocene chronology
JF  - Global and planetary change
N2  - The mid- to late Holocene interval is characterised by a highly variable climate in response to a gradual change in orbital insolation. The seasonal impact of these changes on the Eifel Maar region is not yet well documented largely due to uncertainties about the completeness of this archive ("missing varves" in the well known Lake Holzmaar) and a limited understanding of the factors (e.g. temperature, precipitation) influencing the seasonality archived within the lamination/varves. In this study we approach these challenges from a different perspective. Using detailed microfacies investigations we: (1) demonstrate that the ambiguity about the "missing varves" is related to the climate induced complex biotic and abiotic laminations that led to mis-identification of varves; (2) use a combination of detailed microfacies investigations (varve structure, seasonality of biotic and abiotic signals), lamination quality, varve counts on multiple cores, published and new radiocarbon dates to develop a continuous master chronology based on the Bayesian modelling approach. The dates of major climate, volcanic, and archaeological event(s) determined using our model are in good agreement with the independently determined ages of the same events from other archives, confirming the accuracy of our age model; (3) test the sensitivity of the seasonal proxies to the available data on mid-Holocene changes in temperature and precipitation; (4) demonstrate that the changes in lake eutrophicity are correlative with temperature changes in NW Europe and probably triggered by solar variability; and (5) show that the early Iron Age onset of eutrophication in Lake Holzmaar was climate induced and began several decades before the impact of anthropogenic activity was seen in the form of intensified detrital erosion in the catchment area. Our work has implications for understanding the impact of climate change and anthropogenic activities on limnological systems. (C) 2014 Elsevier B.V. All rights reserved.
KW  - Lake Holzmaar
KW  - varves
KW  - microfacies
KW  - Bayesian modelling
KW  - Iron Age
KW  - Ulmener Maar Tephra
Y1  - 2014
U6  - https://doi.org/10.1016/j.gloplacha.2014.08.020
SN  - 0921-8181
SN  - 1872-6364
VL  - 122
SP  - 251
EP  - 264
PB  - Elsevier
CY  - Amsterdam
ER  - 
TY  - THES
A1  - Neugebauer, Ina
T1  - Reconstructing climate from the Dead Sea sediment record using high-resolution micro-facies analyses
T1  - Klimarekonstruktion an Sedimentkernen des Toten Meeres an Hand hochaufgelöster Mikrofaziesanalysen
T2  - Dissertation
N2  - The sedimentary record of the Dead Sea is a key archive for reconstructing climate in the eastern Mediterranean region, as it stores the environmental and tectonic history of the Levant for the entire Quaternary. Moreover, the lake is located at the boundary between Mediterranean sub-humid to semi-arid and Saharo-Arabian hyper-arid climates, so that even small shifts in atmospheric circulation are sensitively recorded in the sediments. This DFG-funded doctoral project was carried out within the ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) that intended to gain the first long, continuous and high-resolution sediment core from the deep Dead Sea basin. The drilling campaign was performed in winter 2010-11 and more than 700 m of sediments were recovered. The main aim of this thesis was (1) to establish the lithostratigraphic framework for the ~455 m long sediment core from the deep Dead Sea basin and (2) to apply high-resolution micro-facies analyses for reconstructing and better understanding climate variability from the Dead Sea sediments. 
Addressing the first aim, the sedimentary facies of the ~455 m long deep-basin core 5017-1 were described in great detail and characterised through continuous overview-XRF element scanning and magnetic susceptibility measurements. Three facies groups were classified: (1) the marl facies group, (2) the halite facies group and (3) a group involving different expressions of massive, graded and slumped deposits including coarse clastic detritus. Core 5017-1 encompasses a succession of four main lithological units. Based on first radiocarbon and U-Th ages and correlation of these units to on-shore stratigraphic sections, the record comprises the last ca 220 ka, i.e. the upper part of the Amora Formation (parts of or entire penultimate interglacial and glacial), the last interglacial Samra Fm. (~135-75 ka), the last glacial Lisan Fm. (~75-14 ka) and the Holocene Ze’elim Formation. A major advancement of this record is that, for the first time, also transitional intervals were recovered that are missing in the exposed formations and that can now be studied in great detail.
Micro-facies analyses involve a combination of high-resolution microscopic thin section analysis and µXRF element scanning supported by magnetic susceptibility measurements. This approach allows identifying and characterising micro-facies types, detecting event layers and reconstructing past climate variability with up to seasonal resolution, given that the analysed sediments are annually laminated. Within this thesis, micro-facies analyses, supported by further sedimentological and geochemical analyses (grain size, X-ray diffraction, total organic carbon and calcium carbonate contents) and palynology, were applied for two time intervals:
(1) The early last glacial period ~117-75 ka was investigated focusing on millennial-scale hydroclimatic variations and lake level changes recorded in the sediments. Thereby, distinguishing six different micro-facies types with distinct geochemical and sedimentological characteristics allowed estimating relative lake level and water balance changes of the lake. Comparison of the results to other records in the Mediterranean region suggests a close link of the hydroclimate in the Levant to North Atlantic and Mediterranean climates during the time of the build-up of Northern hemisphere ice sheets during the early last glacial period.
(2) A mostly annually laminated late Holocene section (~3700-1700 cal yr BP) was analysed in unprecedented detail through a multi-proxy, inter-site correlation approach of a shallow-water core (DSEn) and its deep-basin counterpart (5017-1). Within this study, a ca 1500 years comprising time series of erosion and dust deposition events was established and anchored to the absolute time-scale through 14C dating and age modelling. A particular focus of this study was the characterisation of two dry periods, from ~3500 to 3300 and from ~3000 to 2400 cal yr BP, respectively. Thereby, a major outcome was the coincidence of the latter dry period with a period of moist and cold climate in Europe related to a Grand Solar Minimum around 2800 cal yr BP and an increase in flood events despite overall dry conditions in the Dead Sea region during that time. These contrasting climate signatures in Europe and at the Dead Sea were likely linked through complex teleconnections of atmospheric circulation, causing a change in synoptic weather patterns in the eastern Mediterranean.
In summary, within this doctorate the lithostratigraphic framework of a unique long sediment core from the deep Dead Sea basin is established, which serves as a base for any further high-resolution investigations on this core. It is demonstrated in two case studies that micro-facies analyses are an invaluable tool to understand the depositional processes in the Dead Sea and to decipher past climate variability in the Levant on millennial to seasonal time-scales. Hence, this work adds important knowledge helping to establish the deep Dead Sea record as a key climate archive of supra-regional significance.
N2  - Die Sedimente des Toten Meeres stellen ein wichtiges Archiv für Klimarekonstruktionen im ostmediterranen Raum dar, da die gesamte quartäre Umwelt- und Tektonikgeschichte der Levante darin gespeichert ist. Außerdem führt die Lage des Sees im Grenzbereich zwischen mediterranem subhumidem bis semiaridem Klima und saharo-arabischem hyperaridem Klima dazu, dass selbst kleine Veränderungen der atmosphärischen Zirkulation sensibel in den Sedimenten verzeichnet werden. Diese Doktorarbeit wurde von der DFG finanziert und im Rahmen des ICDP Dead Sea Deep Drilling Project (DSDDP) durchgeführt, welches sich zur Aufgabe gestellt hat, den ersten langen, kontinuierlichen und hoch aufgelösten Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erlangen. Die Bohrkampagne fand im Winter 2010-11 statt, bei der mehr als 700 m Sedimente geteuft wurden. Die Zielsetzung dieser Doktorarbeit beinhaltete (1) den lithostratigraphischen Rahmen für den ~455 m langen Sedimentkern vom tiefen Becken des Toten Meeres zu erarbeiten und (2) hoch aufgelöste Mikrofazies-Analysen an den Sedimenten des Toten Meeres anzuwenden, um Klimavariabilität rekonstruieren und besser verstehen zu können.
Bezüglich erst genannter Zielsetzung wurden die Sedimentfazies des ~455 m langen Kerns 5017 1 vom tiefen Becken detailliert beschrieben und an Hand kontinuierlicher XRF Elementscanner-Daten und Messungen der magnetischen Suszeptibilität charakterisiert. Drei Faziesgruppen wurden unterschieden: (1) die Mergel-Faziesgruppe, (2) die Halit-Faziesgruppe und (3) eine verschiedene Ausprägungen massiver, gradierter oder umgelagerter Ablagerungen sowie grob-klastischen Detritus umfassende Gruppe. Der Kern 5017-1 ist durch die Abfolge von vier lithologischen Haupt-Einheiten charakterisiert. Basierend auf ersten Radiokarbon- und U Th- Altern und Korrelation dieser Einheiten mit den am Ufer aufgeschlossenen stratigraphischen Abschnitten, umfasst der Datensatz die letzten ca 220 Tausend Jahre (ka), einschließlich des oberen Abschnitts der Amora-Formation (Teile von oder gesamtes vorletztes Interglazial und Glazial), die Samra-Fm. des letzten Interglazials (~135-75 ka), die Lisan-Fm. des letzten Glazials (~75-14 ka) und die holozäne Ze’elim-Formation. Ein entscheidender Fortschritt dieses Records ist, dass erstmals Übergangsbereiche erfasst wurden, die in den aufgeschlossenen Formationen fehlen und nun detailliert studiert werden können.
Mikrofazies-Analysen umfassen eine Kombination hoch aufgelöster mikroskopischer Dünnschliff-Analysen und µXRF Elementscanning, die durch die Messung der magnetischen Suszeptibilität unterstützt werden. Dieser Ansatz erlaubt es, Mikrofazies-Typen zu identifizieren und zu charakterisieren, Eventlagen aufzuzeichnen und die Klimavariabilität der Vergangenheit mit bis zu saisonaler Auflösung zu rekonstruieren, vorausgesetzt, dass die zu analysierenden Sedimente jährlich laminiert sind. Im Rahmen dieser Doktorarbeit wurden Mikrofazies-Analysen für zwei Zeitabschnitte angewendet, unterstützt durch weitere sedimentologische und geochemische Analysen (Korngrößen, Röntgen-Diffraktometrie, gesamter organischer Kohlenstoff- und Kalziumkarbonat-Gehalte) sowie Palynologie.
(1) Das frühe letzte Glazial ~117-75 ka wurde hinsichtlich hydroklimatischer Variationen und in den Sedimenten verzeichneter Seespiegeländerungen auf tausendjähriger Zeitskala untersucht. Dabei wurden sechs verschiedene Mikrofazies-Typen mit unterschiedlichen geochemischen und sedimentologischen Charakteristika bestimmt, wodurch relative Änderungen des Seespiegels und der Wasserbilanz des Sees abgeschätzt werden konnten. Ein Vergleich der Ergebnisse mit anderen Records aus dem Mittelmeerraum lässt vermuten, dass das Hydroklima der Levante eng mit dem nordatlantischen und mediterranen Klima während der Zeit des Aufbaus nordhemisphärischer Eisschilde im frühen letzten Glazial verknüpft war.
(2) Ein weitestgehend jährlich laminierter spätholozäner Abschnitt (~3700-1700 kal. J. BP – kalibrierte Jahre vor heute) wurde in größtem Detail an Hand eines Multiproxie-Ansatzes und durch Korrelation eines Flachwasser-Bohrkerns (DSEn) mit seinem Gegenstück aus dem tiefen Becken (5017-1) untersucht. In dieser Studie wurde eine ca. 1500 Jahre umfassende Zeitreihe von Erosions- und Staubablagerungs-Ereignissen erstellt und an Hand von 14C-Datierung und Altersmodellierung mit der absoluten Zeitskala verankert. Ein besonderer Fokus dieser Studie lag in der Charakterisierung zweier Trockenphasen, von ~3500 bis 3300 beziehungsweise von ~3000 bis 2400 kal. J. BP. Dabei war ein wichtiges Resultat, dass letztgenannte Trockenphase mit einer Phase feuchten und kühlen Klimas in Europa, in Zusammenhang mit einem solaren Minimum um 2800 kal. J. BP, zusammen fällt und dass trotz der generell trockeneren Bedingungen in der Toten Meer Region zu dieser Zeit verstärkt Flutereignisse verzeichnet wurden. Diese unterschiedlichen Klimasignaturen in Europa und am Toten Meer waren wahrscheinlich durch komplexe Telekonnektionen der atmosphärischen Zirkulation verknüpft, was eine Veränderung synoptischer Wettermuster im ostmediterranen Raum zur Folge hatte.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass innerhalb dieser Doktorarbeit der lithostratigraphische Rahmen eines einzigartigen, langen Sedimentkerns vom tiefen Becken des Toten Meeres erstellt wurde, welcher als Basis für jegliche weitere hoch aufgelöste Untersuchungen an diesem Kern dient. In zwei Fallstudien wird demonstriert, dass Mikrofazies-Analysen ein unschätzbares Werkzeug darstellen, Ablagerungsprozesse im Toten Meer zu verstehen und die Klimavariabilität der Vergangenheit in der Levante auf tausendjährigen bis saisonalen Zeitskalen zu entschlüsseln. Diese Arbeit enthält daher wichtige Erkenntnisse, die dabei helfen die Schlüsselstellung des Records vom tiefen Toten Meer als Klimaarchiv überregionaler Bedeutung zu etablieren.
KW  - Dead Sea
KW  - palaeoclimate
KW  - lake sediments
KW  - varves
KW  - Totes Meer
KW  - Paläoklima
KW  - Seesedimente
KW  - Warven
Y1  - 2015
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-85266
ER  - 
TY  - THES
A1  - Czymzik, Markus
T1  - Mid- to Late Holocene flood reconstruction from two varved sediment profiles of pre-alpine Lake Ammersee (Southern Germany)
T1  - Mittel- bis Spätholozäne Hochwasserrekonstruktion aus zwei warvierten Sedimentkernen des Ammersees
N2  - Climate is the principal driving force of hydrological extremes like floods and attributing generating mechanisms is an essential prerequisite for understanding past, present, and future flood variability. Successively enhanced radiative forcing under global warming enhances atmospheric water-holding capacity and is expected to increase the likelihood of strong floods. In addition, natural climate variability affects the frequency and magnitude of these events on annual to millennial time-scales. Particularly in the mid-latitudes of the Northern Hemisphere, correlations between meteorological variables and hydrological indices suggest significant effects of changing climate boundary conditions on floods. To date, however, understanding of flood responses to changing climate boundary conditions is limited due to the scarcity of hydrological data in space and time. Exploring paleoclimate archives like annually laminated (varved) lake sediments allows to fill this gap in knowledge offering precise dated time-series of flood variability for millennia. During river floods, detrital catchment material is eroded and transported in suspension by fluid turbulence into downstream lakes. In the water body the transport capacity of the inflowing turbidity current successively diminishes leading to the deposition of detrital layers on the lake floor. Intercalated into annual laminations these detrital layers can be dated down to seasonal resolution. Microfacies analyses and X-ray fluorescence scanning (µ-XRF) at 200 µm resolution were conducted on the varved Mid- to Late Holocene interval of two sediment profiles from pre-alpine Lake Ammersee (southern Germany) located in a proximal (AS10prox) and distal (AS10dist) position towards the main tributary River Ammer. To shed light on sediment distribution within the lake, particular emphasis was (1) the detection of intercalated detrital layers and their micro-sedimentological features, and (2) intra-basin correlation of these deposits. Detrital layers were dated down to the season by microscopic varve counting and determination of the microstratigraphic position within a varve. The resulting chronology is verified by accelerator mass spectrometry (AMS) 14C dating of 14 terrestrial plant macrofossils. Since ~5500 varve years before present (vyr BP), in total 1573 detrital layers were detected in either one or both of the investigated sediment profiles. Based on their microfacies, geochemistry, and proximal-distal deposition pattern, detrital layers were interpreted as River Ammer flood deposits. Calibration of the flood layer record using instrumental daily River Ammer runoff data from AD 1926 to 1999 proves the flood layer succession to represent a significant time-series of major River Ammer floods in spring and summer, the flood season in the Ammersee region. Flood layer frequency trends are in agreement with decadal variations of the East Atlantic-Western Russia (EA-WR) atmospheric pattern back to 200 yr BP (end of the used atmospheric data) and solar activity back to 5500 vyr BP. Enhanced flood frequency corresponds to the negative EA-WR phase and reduced solar activity. These common links point to a central role of varying large-scale atmospheric circulation over Europe for flood frequency in the Ammersee region and suggest that these atmospheric variations, in turn, are likely modified by solar variability during the past 5500 years. Furthermore, the flood layer record indicates three shifts in mean layer thickness and frequency of different manifestation in both sediment profiles at ~5500, ~2800, and ~500 vyr BP. Combining information from both sediment profiles enabled to interpret these shifts in terms of stepwise increases in mean flood intensity. Likely triggers of these shifts are gradual reduction of Northern Hemisphere orbital summer forcing and long-term solar activity minima. Hypothesized atmospheric response to this forcing is hemispheric cooling that enhances equator-to-pole temperature gradients and potential energy in the troposphere. This energy is transferred into stronger westerly cyclones, more extreme precipitation, and intensified floods at Lake Ammersee. Interpretation of flood layer frequency and thickness data in combination with reanalysis models and time-series analysis allowed to reconstruct the flood history and to decipher flood triggering climate mechanisms in the Ammersee region throughout the past 5500 years. Flood frequency and intensity are not stationary, but influenced by multi-causal climate forcing of large-scale atmospheric modes on time-scales from years to millennia. These results challenge future projections that propose an increase in floods when Earth warms based only on the assumption of an enhanced hydrological cycle.
N2  - Globale Klimamodelle prognostizieren eine Zunahme von Starkhochwassern infolge der Klimaerwärmung. Weiterhin werden natürliche Klimafaktoren die Intensität und Häufigkeit solcher Ereignisse auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden beeinflussen. Für ein umfassendes Verständnis hochwassergenerierender Klimamechanismen müssen daher lange Zeiträume und regionale Muster in Betracht gezogen werden. Aufgrund der Limitierung der meisten instrumentellen Abflusszeitreihen auf die letzten 100 Jahre, bieten diese nur einen sehr begrenzten Einblick in das Spektrum möglicher Klima-Hochwasser Zusammenhänge. Die Nutzung natürlicher Hochwasserarchive, wie warvierter Seesedimente, erlaubt die Untersuchung von Hochwasseraktivität auf Zeitskalen von Jahrtausenden. Durch Hochwasser in einen See eingetragenes detritisches Material bildet, eingeschaltet in den jährlichen Sedimentationszyklus, eine charakteristische Abfolge von Hochwasserlagen auf dem Seeboden. Das Zählen jährlicher Laminierungen und die Position innerhalb eines jährlichen Sedimentationszyklus ermöglichen die Datierung von Hochwasserlagen mit saisonaler Genauigkeit. Der Ammersee bildet ein ideales Archiv zur Rekonstruktion von Hochwassern. Detritisches Material wird durch nur einen Hauptzufluss, die Ammer, in das rinnenförmige Becken transportiert. Die warvierten Sedimente erlauben eine zuverlässige Detektion und Datierung selbst mikroskopischer Hochwasserlagen. An zwei warvierten Sedimentprofilen des Ammersees sind hochauflösende Mikrofazies und Röntgenfluoreszenz (µ-XRF) Analysen durchgeführt worden. Zum besseren Verständnis der Sedimentverteilung im See lag der Fokus der Untersuchungen auf der Detektion detritischer Lagen anhand ihrer sedimentologischen und geochemischen Eigenschaften und der Korrelation dieser Lagen zwischen beiden Sedimentprofilen. Die Datierung der detritschen Lagen erfolgte durch Warvenzählung und wurde durch AMS Radiokarbondatierungen bestätigt. In den Sedimenten der letzten 5500 Jahre wurden 1573 detritische Lagen gefunden. Aufgrund ihrer Eigenschaften lassen sich diese Lagen als Ammerhochwasserlagen interpretieren: (1) Die Mikrofazies deutet auf eine Ablagerung nach Starkabflussereignissen hin. (2) Die geochemische Zusammensetzung beweist die terrestrische Herkunft des Materials. (3) Das proximal-distale Ablagerungsmuster deutet auf die Ammer als Eintragsquelle des Materials hin. Eine Kalibrierung mit instrumentellen Hochwasserdaten der Ammer im Zeitraum von AD 1926 bis 1999 bestätigt die Sukzession der detritischen Lagen als eine Zeitreihe starker Ammerhochwasser im Frühling und Sommer, der Hochwassersaison am Ammersee. Die Häufigkeit der Hochwasserlagen in den letzten 5500 Jahren weist eine deutliche dekadische Variabilität auf. Trends in der Häufigkeit von Hochwasserlagen korrelieren negativ mit dem Index der East Atlantic-Western Russia Oszillation (EA-WR) während der letzten 250 Jahre (Zeitraum der durch die genutzten atmosphärischen Daten abgedeckt ist) und der solaren Aktivität während des kompletten Zeitraums. Diese Übereinstimmungen deuten möglicherweise auf einen solaren Einfluss auf die atmosphärische Zirkulation über Europa und damit auf die Häufigkeit von Hochwassern am Ammersee hin. Weiterhin weist die Zeitreihe der Hochwasserlagen drei Veränderungen der durchschnittlichen Lagenhäufigkeit und -mächtigkeit vor etwa 5500, 2800 und 500 Jahren auf. Die Kombination der Daten beider Sedimentprofile ermöglicht es, diese Veränderungen als schrittweise Anstiege der Hochwasserintensität zu interpretieren. Vermutliche Auslöser sind graduelle Reduktion der solaren Insolation in der Nordhemisphäre und langfristige Minima der solaren Aktivität. Die wahrscheinliche atmosphärische Reaktion auf dieses Klimaforcing ist ein verstärkter Temperaturgradient zwischen den niederen und hohen Breiten, der zu einer Erhöhung der potenziellen Energie in der Atmosphäre und verstärkter Baroklinität führt. Diese Energie wird transferiert in eine Verstärkung der zyklonalen Westwindzirkulation, extremere Niederschläge und eine Intensivierung der Hochwasser am Ammersee. Die Interpretation der Häufigkeit und Mächtigkeit von Hochwasserlagen in den Sedimenten des Ammersees ermöglicht eine Rekonstruktion der Hochwassergeschichte und die Identifizierung hochwasserauslösender Klimafaktoren in der Ammerseeregion während der letzten 5500 Jahre. Hochwasserhäufigkeit und -intensität sind nicht stationär, sondern durch komplexe Veränderungen im Klimasystem auf Zeitskalen von Jahren bis Jahrtausenden geprägt. In diesem Zusammenhang erscheinen die Resultate globaler Klimamodelle, die einen Anstieg des Hochwasserrisikos allein auf Basis eines thermodynamisch intensivierten hydrologischen Kreislaufs infolge der Klimaerwärmung prognostizieren, als stark simplifiziert.
KW  - paleofloods
KW  - lake sediments
KW  - varves
KW  - climate dynamics
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-65098
ER  -