TY - GEN A1 - Duy, Nguyen Le A1 - Heidbüchel, Ingo A1 - Meyer, Hanno A1 - Merz, Bruno A1 - Apel, Heiko T1 - What controls the stable isotope composition of precipitation in the Mekong Delta? BT - a model-based statistical approach T2 - Postprints der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe N2 - This study analyzes the influence of local and regional climatic factors on the stable isotopic composition of rainfall in the Vietnamese Mekong Delta (VMD) as part of the Asian monsoon region. It is based on 1.5 years of weekly rainfall samples. In the first step, the isotopic composition of the samples is analyzed by local meteoric water lines (LMWLs) and single-factor linear correlations. Additionally, the contribution of several regional and local factors is quantified by multiple linear regression (MLR) of all possible factor combinations and by relative importance analysis. This approach is novel for the interpretation of isotopic records and enables an objective quantification of the explained variance in isotopic records for individual factors. In this study, the local factors are extracted from local climate records, while the regional factors are derived from atmospheric backward trajectories of water particles. The regional factors, i.e., precipitation, temperature, relative humidity and the length of backward trajectories, are combined with equivalent local climatic parameters to explain the response variables delta O-18, delta H-2, and d-excess of precipitation at the station of measurement. The results indicate that (i) MLR can better explain the isotopic variation in precipitation (R-2 = 0.8) compared to single-factor linear regression (R-2 = 0.3); (ii) the isotopic variation in precipitation is controlled dominantly by regional moisture regimes (similar to 70 %) compared to local climatic conditions (similar to 30 %); (iii) the most important climatic parameter during the rainy season is the precipitation amount along the trajectories of air mass movement; (iv) the influence of local precipitation amount and temperature is not sig-nificant during the rainy season, unlike the regional precipitation amount effect; (v) secondary fractionation processes (e.g., sub-cloud evaporation) can be identified through the d-excess and take place mainly in the dry season, either locally for delta O-18 and delta H-2, or along the air mass trajectories for d-excess. The analysis shows that regional and local factors vary in importance over the seasons and that the source regions and transport pathways, and particularly the climatic conditions along the pathways, have a large influence on the isotopic composition of rainfall. Although the general results have been reported qualitatively in previous studies (proving the validity of the approach), the proposed method provides quantitative estimates of the controlling factors, both for the whole data set and for distinct seasons. Therefore, it is argued that the approach constitutes an advancement in the statistical analysis of isotopic records in rainfall that can supplement or precede more complex studies utilizing atmospheric models. Due to its relative simplicity, the method can be easily transferred to other regions, or extended with other factors. The results illustrate that the interpretation of the isotopic composition of precipitation as a recorder of local climatic conditions, as for example performed for paleorecords of water isotopes, may not be adequate in the southern part of the Indochinese Peninsula, and likely neither in other regions affected by monsoon processes. However, the presented approach could open a pathway towards better and seasonally differentiated reconstruction of paleoclimates based on isotopic records. T3 - Zweitveröffentlichungen der Universität Potsdam : Mathematisch-Naturwissenschaftliche Reihe - 927 KW - Asian summer monsoon KW - interannuel variability KW - climate controls KW - deuterium excess KW - oxygen isotopes KW - paleoclimate KW - water KW - system KW - trajectories KW - circulation Y1 - 2020 U6 - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-445743 SN - 1866-8372 IS - 927 SP - 1239 EP - 1262 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 ER -