TY  - THES
A1  - Ott, Florian
T1  - Late Glacial and Holocene climate and environmental evolution in the southern Baltic lowlands derived from varved lake sediments
T1  - Spätglaziale und Holozäne Klima- und Umwelentwicklung im südlichen Ostseeraum abgeleitet aus warvierten Seesedimenten
N2  - Holocene climate variability is generally characterized by low frequency changes than compared to the last glaciations including the Lateglacial. However, there is vast evidence for decadal to centennial scale oscillations and millennial scale climate trends, which are within and beyond a human lifetime perception, respectively.  Within the Baltic realm, a transitional zone between oceanic and continental climate influence, the impact of Holocene and Lateglacial climate and environmental change is currently partly understood. This is mainly attributed to the scarcity of well-dated and high-resolution sediment records and to the lacking continuity of already investigated archives. 
The aim of this doctoral thesis is to reconstruct Holocene and Late Glacial climate variability on local to (over)regional scales based on varved (annually laminated) sediments from Lake Czechowskie down to annual resolution. This project was carried out within the Virtual Institute for Integrated Climate and Landscape Evolution Analyses (ICLEA) and funded by the Helmholtz Association and the Helmholtz Climate Initiative REKLIM (Regional Climate Change). ICLEA intended to gain a better understanding of climate variability and landscape evolution processes in the Northern Central European lowlands since the last deglaciation. REKLIM Topic 8 “Abrupt climate change derived from proxy data” aims at identifying spatiotemporal patterns of climate variability between e.g. higher and lower latitudes. The main aim of this thesis was (i) to establish a robust chronology based on a multiple dating approach for Lake Czechowskie covering the Late Glacial and Holocene and for the Trzechowskie palaeolake for the Lateglacial, respectively,  (ii) to reconstruct past climatic and environmental conditions on centennial to multi-millennial time scales and (iii) to distinguish between local to regional different sediments responses to climate change. 
Addressing the first aim, the Lake Czechowskie chronology has been established by a multiple dating approach comprising information from varve counting, tephrochronology, AMS 14C dating of terrestrial plant remains, biostratigraphy and 137Cs activity concentration measurements. Those independent age constraints covering the Lateglacial and the entire Holocene and have been further implemented in a Bayesian age model by using OxCal v.4.2. Thus, even within non-varved sediment intervals, robust chronological information has been used for absolute age determination. The identification of five cryptotephras, of which three are used as unambiguous isochrones, is furthermore a significant improvement of the Czechowskie chronology and currently unique for the Holocene within Poland. The first findings of coexisting early Holocene Hässeldalen and Askja-S cryptotephras within a varved sequence even allowed differential dating between both volcanic ashes and stimulated the discussion of revising the absolute ages of the Askja-S tephra. 
The Trzechowskie palaeolake chronology has been established by a multiple dating approach comprising varve counting, tephrochronology, AMS 14C dating of terrestrial plant remains and biostratigraphy, covers the Lateglacial period (Allerød and Younger Dryas) and has been implemented in OxCal v.4.2. Those age constraints allowed regional correlation to other high-resolution climate archives and identifying leads and lags of proxy responses at the onset of the Younger Dryas. 
The second aim has been accomplished by detailed micro-facies and geochemical analyses of the Czechowskie sediments for the entire Holocene. Thus, especially micro-facies changes had been linked to enhanced productivity at Lake Czechowskie. Most prominent changes have been recorded at 7.3, 6.5, 4.3 and 2.8 varve kyrs BP and are linked to a stepwise increasing influence of Atlantic air masses. Especially, the mid-Holocene change, which had been widely reported from palaeohydrological records in low latitudes, has been identified and linked to large scale reorganization of atmospheric circulation patterns. Thus, especially long-term changes of climatic and environmental boundary conditions are widely recorded by the Czechowskie sediments. The pronounced response to (multi)millennial scale changes is further corroborated by the lack of clear sediment responses to early Holocene centennial scale climate oscillations (e.g. the Preboreal Oscillation). 
However, decadal scale changes at Lake Czechowskie during the most recent period (last 140 years) have been investigated in a lake comparison study. To fulfill the third aim of the doctoral thesis, three lakes in close vicinity to each other have been investigated in order to better distinguish how local, site-specific parameters, may superimpose regional climate driven changes. All lakes haven been unambiguously linked by the Askja AD1875 cryptotephra and independent varve chronologies. As a result, climate warming has only been recorded by sedimentation changes at the smallest and best sheltered lake (Głęboczek), whereas the largest lake (Czechowskie) and the shallowest lake (Jelonek) showed attenuated and less clear sediment responses, respectively. The different responses have been linked to morphological lake characteristics (lake size and depth, catchment area). This study highlights the potential of high-resolution lake comparison for robust proxy based climate reconstructions.
In summary, the doctoral thesis presents a high-resolution sediment record with an underlying age model, which is prerequisite for unprecedented age control down to annual resolution. Sediment proxy based climate reconstructions demonstrate the importance of the Czechowskie sediments for better understanding climate variability in the southern Baltic realm. Case studies showed the clear response on millennial time scale, while decadal scale fluctuations are either less well expressed or superimposed by local, site-specific parameters. The identification of volcanic ash layers is not only used for unambiguous isochrones, those are key tie lines for local to supra regional archive synchronization and establish the Lake Czechowskie as a key climate archive.
N2  - Die holozäne Klimavariabilität ist im Vergleich zur letzten Eiszeit und dem Spätglazial durch schwächere Veränderungen gekennzeichnet. Dennoch zeigt eine Vielzahl von Klimaarchiven deutlich Klimaoszillationen auf kürzeren Zeitskalen sowie langfristige Klimatrends, die z. T. nicht innerhalb einer menschlichen Generation wahrnehmbar sind. Im Ostseeraum, einer Übergangsregion zwischen denm maritimen und kontinentalen Klimaeinfluss, sind holozäne und spätglaziale Umwelt- und Klimaveränderungen nur teilweise untersucht und verstanden. Das ist hauptsächlich auf die geringe Anzahl erstklassiger und hochaufgelöster Klimaarchive sowie der nur teilweise untersuchten Archive zurückzuführen. 
Das Ziel dieser Doktorarbeit ist die hochaufgelöste Rekonstruktion holozäner und spätglazialer Klimavariabilität auf lokaler wie überregionaler Ebene basierend auf warvierten (jährlich abgelagerten) Sedimenten des Czechowskie Sees. Das Projekt ist Bestandteil des Virtuellen Instituts zur Integrierten Klima- und Landschaftsentwicklungsanalyse (ICLEA), welches von der Helmholtz-Gemeinschaft finanziert wurde und der Helmholtz-Klimainitiative REKLIM (Regionaler Klimawandel). Thema von ICLEA ist das bessere Verständnis der Klimadynamik und der Landschaftsgenese im nördlichen mitteleuropäischen Tiefland seit dem Ende der letzten Eiszeit. Das REKLIM Thema 8 “Schnelle Klimaänderungen aus Proxy-Daten” untersucht räumlich-zeitliche Muster von Klimaveränderungen zwischen z. B. hohen und niederen Breiten. Die Ziele der Doktarbeit umfassen (i) die Erstellung eines Altersmodells mittels unterschiedlicher Datierungsmethoden die für den Czechowskie-See das Spätglazial und das Holozän bzw. für den Trzechowskie-Paläosee das  Spätglazial umfassen, (ii) die Klima- und Umweltrekonstruktion auf unterschiedlichen Zeitskalen und (iii) zwischen lokal und regional beeinflussten Sedimentwechseln zu unterscheiden.
Um das erste Ziel zu realisieren, wurde die Czechowskie Chronologie mittels unterschiedlicher Datierungsmethoden erstellt. Diese enthält Information der Warven- und Tephrachronologie, Biostratigraphie und von radiometrischen Messungen (AMS 14C und 137Cs Konzentration). Diese unabhängigen Altersinformationen decken das Spätglazial und das komplette Holozän ab und wurden durch softwarebasierte Bayesische Statistik mittels OxCal v.4.2 in ein Altersmodell umgewandelt. Das ermögliche eine präzise Altersinformation für das gesamte Sedimentprofil, selbst in den nicht-warvierten Abschnitten. Die Identifizierung von fünf Kryptotephren, von denen drei als eindeutige Zeitmarker dienen, ist eine weitere deutliche Verbesserung der Czechowskie Chronologie und momentan einzigartig für das Holozän in Polen. Das erstmalige Auffinden zweier frühholozäner Tephren innerhalb eines warvierten Sedimentabschnittes erlaubte die genaue Zeitspanne zwischen beiden Eruptionen zu ermitteln und regte eine Diskussion zur Revision der absoluten Alter beider Tephren an.
Die Trzechowskie Paläosee Chronologie beruht auch auf unterschiedlichen Datierungsmethoden und umfasst Warven- und Tephrachronologie, Biostratigraphie AMS 14C-Messungen. Diese wurden durch OxCal v.4.2 in ein Altersmodell umgewandelt und umfassen das Spätglazial (Allerød bis Jüngere Dryas). 
Das zweite Ziel der Doktorarbeit wurde durch detaillierte mikrofazielle und geochemische Analysen erreicht. Insbesondere konnten Veränderungen in der Warvenstruktur auf erhöhte Produktivität des Sees zurückgeführt werden. Die markantesten Wechsel wurden vor 7.3; 6.5; 4.3 und 2.8 kyrs BP festgestellt und konnten auf eine schrittweise Etablierung atlantischer Luftmassen zurückgeführt werden. Der Wechsel im mittleren Holozän, welcher vor allem von paläohydrologischen Archiven in den niederen Breiten bekannt ist, wurde in den Czechowskie Sedimenten identifiziert und mit einer großskaligen Reorganisation atmosphärischer Zirkulationsmuster verbunden. Insbesondere werden langfristige Veränderungen der Klima- und Umweltrandbedingungen in den Czechowskie-Sedimenten abgespeichert. Die ausgeprägte Reaktion von Sedimentveränderungen auf vor allem langfristige Wechsel wird durch das Fehlen kurzfristiger Klimaoszillationen des Frühholozäns (z.B. Preboreale Oszillation) in den Sedimenten gestärkt.
Demgegenüber wurden kurzfristige Sedimentveränderungen in der jüngsten Vergangenheit (letzte 140 Jahre) am Czechowskie See in einer Seenvergleichsstudie untersucht. Das dritte Ziel der Doktorarbeit umfasste eine Vergleichsstudie zwischen drei benachbarten Seen, um zwischen regionalen Klimaveränderungen und einer möglichen Überprägung durch lokale Parameter unterscheiden zu können. Die Realisierung erfolgte durch unabhängige Warvenchronologien und der Identifizierung der Askja AD1875 Kryptotephra in allen drei Seen. Das Hauptergebnis zeigt, dass die Klimaerwärmung der letzten 140 Jahre durch Sedimentveränderungen nur im kleinsten See (Głęboczek) abgespeichert wurde, wohingegen der größte (Czechowskie) und der kleinste (Jelonek) See nur abgeschwächte bzw. fehlende Sedimentwechsel aufzeigen. Die unterschiedliche Reaktion der drei Seen konnte auf morphologische Parameter (Seegröße und –tiefe, Einzugsgebietsgröße) zurückgeführt werden und hebt das Potential von hochauflösenden Seenvergleichen für eine proxybasierte Klimarekonstruktion hervor. 
Zusammenfassend lässt sich festhalten, das die Doktorarbeit ein hochaufgelöstes Sedimentarchiv präsentiert. Das allen Klima- und Umweltrekonstruktionen zugrunde liegende Altersmodell ist die Voraussetzung für eine beispiellose Alterskontrolle bishin zu jährlicher Auflösung. Die sedimentproxybasierte Klimarekonstruktion demonstriert den enormen Stellenwert der Czechowskie-Sedimente, die dem besseren Verständnis der Klimavariabilität im südlichen Ostseeraum dienen. Fallstudien zeigen die deutliche Reaktion von Sedimentänderungen auf langfristige Klimaänderungen, wohingegen dekadische Klimaoszillationen nicht durch Sedimentänderungen gekennzeichnet sind oder durch lokale Faktoren überprägt werden. Die Identifizierung von vulkanischen Aschelagen werden nicht nur für die eindeutige Bestimmung von chronologischen Markerhorizonten verwendet, sondern werden weiterhin für die Korrelation mit weit entfernten Klimaarchiven genutzt und unterstreichen die überregionale Bedeutung des Czechowskie-Sees als wertvolles Geoarchiv.
KW  - varved lake sediments
KW  - climate reconstruction
KW  - Holocene
KW  - warvierte Seesedimente
KW  - Klimarekonstruktion
KW  - Holozän
Y1  - 2018
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus4-414805
ER  - 
TY  - THES
A1  - Swierczynski, Tina
T1  - A 7000 yr runoff chronology from varved sediments of Lake Mondsee (Upper Austria)
T1  - Eine 7000-jährige Abflusschronologie anhand von warvierten Sedimenten des Mondsees (Oberösterreich)
N2  - The potential increase in frequency and magnitude of extreme floods is currently discussed in terms of global warming and the intensification of the hydrological cycle. The profound knowledge of past natural variability of floods is of utmost importance in order to assess flood risk for the future. Since instrumental flood series cover only the last ~150 years, other approaches to reconstruct historical and pre-historical flood events are needed. Annually laminated (varved) lake sediments are meaningful natural geoarchives because they provide continuous records of environmental changes > 10000 years down to a seasonal resolution. Since lake basins additionally act as natural sediment traps, the riverine sediment supply, which is preserved as detrital event layers in the lake sediments, can be used as a proxy for extreme discharge events. Within my thesis I examined a ~ 8.50 m long sedimentary record from the pre-Alpine Lake Mondsee (Northeast European Alps), which covered the last 7000 years. This sediment record consists of calcite varves and intercalated detrital layers, which range in thickness from 0.05 to 32 mm. Detrital layer deposition was analysed by a combined method of microfacies analysis via thin sections, Scanning Electron Microscopy (SEM), μX-ray fluorescence (μXRF) scanning and magnetic susceptibility. This approach allows characterizing individual detrital event layers and assigning a corresponding input mechanism and catchment. Based on varve counting and controlled by 14C age dates, the main goals of this thesis are (i) to identify seasonal runoff processes, which lead to significant sediment supply from the catchment into the lake basin and (ii) to investigate flood frequency under changing climate boundary conditions. This thesis follows a line of different time slices, presenting an integrative approach linking instrumental and historical flood data from Lake Mondsee in order to evaluate the flood record inferred from Lake Mondsee sediments. The investigation of eleven short cores covering the last 100 years reveals the abundance of 12 detrital layers. Therein, two types of detrital layers are distinguished by grain size, geochemical composition and distribution pattern within the lake basin. Detrital layers, which are enriched in siliciclastic and dolomitic material, reveal sediment supply from the Flysch sediments and Northern Calcareous Alps into the lake basin. These layers are thicker in the northern lake basin (0.1-3.9 mm) and thinner in the southern lake basin (0.05-1.6 mm). Detrital layers, which are enriched in dolomitic components forming graded detrital layers (turbidites), indicate the provenance from the Northern Calcareous Alps. These layers are generally thicker (0.65-32 mm) and are solely recorded within the southern lake basin. In comparison with instrumental data, thicker graded layers result from local debris flow events in summer, whereas thin layers are deposited during regional flood events in spring/summer. Extreme summer floods as reported from flood layer deposition are principally caused by cyclonic activity from the Mediterranean Sea, e.g. July 1954, July 1997 and August 2002. During the last two millennia, Lake Mondsee sediments reveal two significant flood intervals with decadal-scale flood episodes, during the Dark Ages Cold Period (DACP) and the transition from the Medieval Climate Anomaly (MCA) into the Little Ice Age (LIA) suggesting a linkage of transition to climate cooling and summer flood recurrences in the Northeastern Alps. In contrast, intermediate or decreased flood episodes appeared during the MWP and the LIA. This indicates a non-straightforward relationship between temperature and flood recurrence, suggesting higher cyclonic activity during climate transition in the Northeast Alps. The 7000-year flood chronology reveals 47 debris flows and 269 floods, with increased flood activity shifting around 3500 and 1500 varve yr BP (varve yr BP = varve years before present, before present = AD 1950). This significant increase in flood activity shows a coincidence with millennial-scale climate cooling that is reported from main Alpine glacier advances and lower tree lines in the European Alps since about 3300 cal. yr BP (calibrated years before present). Despite relatively low flood occurrence prior to 1500 varve yr BP, floods at Lake Mondsee could have also influenced human life in early Neolithic lake dwellings (5750-4750 cal. yr BP). While the first lake dwellings were constructed on wetlands, the later lake dwellings were built on piles in the water suggesting an early flood risk adaptation of humans and/or a general change of the Late Neolithic Culture of lake-dwellers because of socio-economic reasons. However, a direct relationship between the final abandonment of the lake dwellings and higher flood frequencies is not evidenced.
N2  - Ein verstärktes Auftreten von Hochwassern, sowohl in ihrer Häufigkeit als auch in ihrer Frequenz, wird im Zuge der Klimaerwärmung und einer möglichen Intensivierung des hydrologischen Kreislaufs diskutiert. Die Kenntnis über die natürliche Variabilität von Hochwasserereignissen ist dabei eine grundlegende Voraussetzung, um die Hochwassergefahr für die Zukunft abschätzen zu können. Da instrumentelle Hochwasserzeitreihen meist nur die letzten 150 Jahre abbilden sind andere Methoden erforderlich, um das Auftreten von historischen und prä-historischen Hochwassern festzustellen. Jährlich laminierte (warvierte) Seesedimente sind bedeutende natürliche Archive, denn sie liefern kontinuierliche Zeitreihen > 10000 Jahre mit einer bis zur saisonalen Auflösung. Seebecken stellen natürliche Sedimentfallen dar, wobei eingetragenes Flusssediment in den Seesedimenten als eine distinkte detritische Lage aufgezeichnet wird, und daher zur Rekonstruktion von extremen Abflussereignissen genutzt werden. Im Rahmen meiner Doktorarbeit habe ich einen 8.50 m langen Sedimentkern aus dem Mondsee (Nordostalpen) untersucht, welcher die letzten 7000 Jahre abdeckt. Dieser Sedimentkern besteht aus Kalzitwarven und eingeschalteten detritischen Lagen mit einer Mächtigkeit von 0.05-32 mm. Detritische Lagen wurden mit Hilfe einer kombinierten Methode untersucht: Mikrofaziesanalyse, Rasterelektronenmikroskopie, Röntgenfluoreszenzanalyse (µXRF) und magnetische Suszeptibilität. Dieser Ansatz ermöglicht die Charakterisierung der einzelnen detritischen Lagen bezüglich der Eintragsprozesse und die Lokalisierung des Einzugsgebietes. Auf Grundlage der Warvenzählung und 14C Datierungen sind die wichtigsten Ziele dieser Arbeit: (i) die Identifizierung der Eintragsprozesse, welche zu einem Sedimenteintrag vom Einzugsgebiet bis in den See führen und (ii) die Rekonstruktion der Hochwasserfrequenz unter veränderten Klimabedingungen. Diese Arbeit zeigt eine Untersuchung auf verschiedenen Zeitscheiben, wobei instrumentelle und historische Daten genutzt werden, um die Aufzeichnung von pre-historischen Hochwasser in den Mondseesedimenten besser zu verstehen. Innerhalb der letzten 100 Jahre wurden zwölf Abflussereignisse aufgezeichnet. Zwei Typen von detritschen Lagen können anhand von Korngröße, geochemischer Zusammensetzung und des Verteilungsmusters unterschieden werden. Detritische Lagen, welche aus siliziklastischen und dolomitischen Material bestehen, zeigen eine Sedimentherkunft vom Teileinzugsgebiet des Flysch (nördliches Einzugsgebiet) und der Nördlichen Kalkalpen (südliches Teileinzugsgebiet) auf. Diese Lagen sind im Nördlichen Becken mächtiger (0.1-3.9 mm) als im südlichen Seebecken (0.05-1.6 mm). Detritische Lagen, welche nur aus dolomitischem Material bestehen und Turbititlagen aufzeigen (0.65-32 mm), weisen auf eine Herkunft aus den Nördlichen Kalkalpen hin. Im Vergleich mit instrumentellen Zeitreihen, stammen die mächtigeren Lagen von lokalen Murereignissen im Sommer und feinere Eintragslagen von regionalen Frühjahrs- und Sommerhochwassern. Extreme Sommerhochwasser am Mondsee werden hauptsächlich durch Zyklonen vom Mittelmeer ausgelöst, z.B. Juli 1954, Juli 1997 und August 2002. Die Untersuchung des langen Sedimentkerns vom Mondsee zeigt während der letzten 2000 Jahre signifikante Hochwasserintervalle mit dekadischen Hochwasserepisoden während der Völkerwanderungszeit und im Übergang vom Mittelalter in die Kleine Eiszeit. Dies weist auf eine Verknüpfung von Abkühlungsphasen und Sommerhochwassern im Nordostalpenraum hin. Während der Mittelalterlichen Wärmephase und in der Kleinen Eiszeit kam es jedoch zu einer geringeren Hochwasseraktivität. Dies zeigt einen komplexen Zusammenhang von Temperaturentwicklung und Hochwasseraktivität in den Nordostalpen, mit einer erhöhten Zyklonenaktivät in den Übergängen von wärmeren zu kälteren Phasen. Während der letzten 7000 Jahre wurden 47 Muren und 269 Hochwasser aufgezeichnet, wobei es eine signifikante Änderung mit erhöhter Häufigkeit um 3500 und 1500 Warvenjahre v. h. gab (v.h. = vor heute = AD 1950). Diese signifikante Änderung stimmt mit einem langfristigem Abkühlungstrend überein, welcher durch alpine Gletschervorstöße und das Absinken von Baumgrenzen seit etwa 3300 Warvenjahre v.h. berichtet wird. Trotz relativ geringer Hochwasseraktivität um 1500 Warvenjahre v.h., könnte das Auftreten von Hochwasser auch das Leben Menschen in Neolithischen Pfahlbausiedlungen (5750-4750 cal. yr BP) beeinflusst haben. Während die ersten Pfahlbauten noch als Feuchtbodensiedlungen am Land entstanden, wurden spätere Siedlungen eventuell als Anpassung an stark schwankenden Seewasserspiegeln auf Pfählen im Wasser gebaut und/oder zeigen eine allgemeine Veränderung der Siedlungsaktivitäten der Neolithischen Pfahlbaukultur an, aufgrund sozio-ökonomischer Veränderungen. Ein direkter Zusammenhang zwischen dem Verlassen der Pfahlbausiedlungen und einer erhöhten Hochwasseraktivität konnte jedoch nicht festgestellt werden.
KW  - Mondsee
KW  - Paläohochwasser
KW  - Seesedimente
KW  - Warven
KW  - Klimarekonstruktion
KW  - Mondsee
KW  - Paleofloods
KW  - Lake sediments
KW  - Warves
KW  - Climate reconstruction
Y1  - 2012
U6  - http://nbn-resolving.de/urn/resolver.pl?urn:nbn:de:kobv:517-opus-66702
ER  -