Niels Meijer

• The East Asian monsoons characterize the modern-day Asian climate, yet their geological history and driving mechanisms remain controversial. The southeasterly summer monsoon provides moisture, whereas the northwesterly winter monsoon sweeps up dust from the arid Asian interior to form the Chinese Loess Plateau. The onset of this loess accumulation, and therefore of the monsoons, was thought to be 8 million years ago (Ma). However, in recent years these loess records have been extended further back in time to the Eocene (56-34 Ma), a period characterized by significant changes in both the regional geography and global climate. Yet the extent to which these reconfigurations drive atmospheric circulation and whether the loess-like deposits are monsoonal remains debated. In this thesis, I study the terrestrial deposits of the Xining Basin previously identified as Eocene loess, to derive the paleoenvironmental evolution of the region and identify the geological processes that have shaped the Asian climate. I review dust deposits in theThe East Asian monsoons characterize the modern-day Asian climate, yet their geological history and driving mechanisms remain controversial. The southeasterly summer monsoon provides moisture, whereas the northwesterly winter monsoon sweeps up dust from the arid Asian interior to form the Chinese Loess Plateau. The onset of this loess accumulation, and therefore of the monsoons, was thought to be 8 million years ago (Ma). However, in recent years these loess records have been extended further back in time to the Eocene (56-34 Ma), a period characterized by significant changes in both the regional geography and global climate. Yet the extent to which these reconfigurations drive atmospheric circulation and whether the loess-like deposits are monsoonal remains debated. In this thesis, I study the terrestrial deposits of the Xining Basin previously identified as Eocene loess, to derive the paleoenvironmental evolution of the region and identify the geological processes that have shaped the Asian climate. I review dust deposits in the geological record and conclude that these are commonly represented by a mix of both windblown and water-laid sediments, in contrast to the pure windblown material known as loess. Yet by using a combination of quartz surface morphologies, provenance characteristics and distinguishing grain-size distributions, windblown dust can be identified and quantified in a variety of settings. This has important implications for tracking aridification and dust-fluxes throughout the geological record. Past reversals of Earth’s magnetic field are recorded in the deposits of the Xining Basin and I use these together with a dated volcanic ash layer to accurately constrain the age to the Eocene period. A combination of pollen assemblages, low dust abundances and other geochemical data indicates that the early Eocene was relatively humid suggesting an intensified summer monsoon due to the warmer greenhouse climate at this time. A subsequent shift from predominantly freshwater to salt lakes reflects a long-term aridification trend possibly driven by global cooling and the continuous uplift of the Tibetan Plateau. Superimposed on this aridification are wetter intervals reflected in more abundant lake deposits which correlate with highstands of the inland proto-Paratethys Sea. This sea covered the Eurasian continent and thereby provided additional moisture to the winter-time westerlies during the middle to late Eocene. The long-term aridification culminated in an abrupt shift at 40 Ma reflected by the onset of windblown dust, an increase in steppe-desert pollen, the occurrence of high-latitude orbital cycles and northwesterly winds identified in deflated salt deposits. Together, these indicate the onset of a Siberian high atmospheric pressure system driving the East Asian winter monsoon as well as dust storms and was triggered by a major sea retreat from the Asian interior. These results therefore show that the proto-Paratethys Sea, though less well recognized than the Tibetan Plateau and global climate, has been a major driver in setting up the modern-day climate in Asia.…
• Die ostasiatischen Monsune prägen das heutige asiatische Klima, doch ihr geologischer Ursprung und ihre Antriebsmechanismen sind nach wie vor umstritten. Der südöstliche Sommermonsun bringt Feuchtigkeit, während der nordwestliche Wintermonsun Staub aus dem trockenen asiatischen Inland aufwirbelt und das chinesische Lössplateau bildet. Der Ursprung dieses Lösses und damit des Monsuns wurde vor 8 Millionen Jahren vermutet (Ma). In den letzten Jahren sind diese Lößablagerungen jedoch weiter in das Eozän (56-34 Ma) zurückverlegt worden, einer Periode, die durch bedeutende Änderungen sowohl in der regionalen Geographie als auch im globalen Klima gekennzeichnet ist. Inwieweit diese Rekonfigurationen die atmosphärische Zirkulation antrieben und ob es sich bei den lößartigen Sedimenten um monsunartige Ablagerungen handelt, bleibt jedoch umstritten. In dieser Dissertation untersuche ich die terrestrischen Ablagerungen des Xining-Beckens, die zuvor als Löss aus dem Eozän identifiziert wurden, um die paläo-umweltbedingte Entwicklung der RegionDie ostasiatischen Monsune prägen das heutige asiatische Klima, doch ihr geologischer Ursprung und ihre Antriebsmechanismen sind nach wie vor umstritten. Der südöstliche Sommermonsun bringt Feuchtigkeit, während der nordwestliche Wintermonsun Staub aus dem trockenen asiatischen Inland aufwirbelt und das chinesische Lössplateau bildet. Der Ursprung dieses Lösses und damit des Monsuns wurde vor 8 Millionen Jahren vermutet (Ma). In den letzten Jahren sind diese Lößablagerungen jedoch weiter in das Eozän (56-34 Ma) zurückverlegt worden, einer Periode, die durch bedeutende Änderungen sowohl in der regionalen Geographie als auch im globalen Klima gekennzeichnet ist. Inwieweit diese Rekonfigurationen die atmosphärische Zirkulation antrieben und ob es sich bei den lößartigen Sedimenten um monsunartige Ablagerungen handelt, bleibt jedoch umstritten. In dieser Dissertation untersuche ich die terrestrischen Ablagerungen des Xining-Beckens, die zuvor als Löss aus dem Eozän identifiziert wurden, um die paläo-umweltbedingte Entwicklung der Region abzuleiten und die geologischen Prozesse zu identifizieren, die das asiatische Klima geprägt haben. Ich überprüfe die Staubablagerungen im geologischen Archiv und komme zu dem Schluss, dass diese durch eine Mischung aus windgetriebenen und wassergelagerten Sedimenten dargestellt werden, im Gegensatz zu dem rein windgetriebenen Material, das als Löß bekannt ist. Doch durch die Verwendung einer Kombination der oberflächenmorphologien von Quartz, Herkunftsmerkmalen und unterscheidenden Korngrößenverteilungen kann windgetriebener Staub in einer Vielzahl von Umgebungen identifiziert und quantifiziert werden. Dies hat wichtige Auswirkungen auf die Nachverfolgung der Aridifizierung und der Staubflüsse in dem gesamten geologischen Archiv. Frühere Umkehrungen des Erdmagnetfeldes werden in den Ablagerungen des Xining-Beckens aufgezeichnet und ich verwende diese zusammen mit einer datierten vulkanischen Ascheschicht, um das Alter genau auf die Eozän-Periode einzugrenzen. Eine Kombination aus Pollenansammlungen, geringen Staubhäufigkeiten und anderen geochemischen Daten deutet darauf hin, dass das frühe Eozän relativ feucht war, was auf einen verstärkten Sommermonsun aufgrund des wärmeren Treibhausklimas zu dieser Zeit hinweist. Eine anschließende Verschiebung von überwiegend Süßwasser zu Salzseen spiegelt einen langfristigen Aridifizierungstrend wider, der möglicherweise durch die globale Abkühlung und die kontinuierliche Hebung des Tibetischen Plateaus angetrieben wurde. Überlagert wird diese Aridifizierung von feuchteren Intervallen, die durch eine Zunahme in Seeablagerungen gekennzeichnet werden und mit den Hochständen des inländischen proto-Paratethys-Meeres korrelieren. Dieses Meer bedeckte den eurasischen Kontinent und versorgte dadurch die winterlichen Westwinde mit zusätzlicher Feuchtigkeit im mittleren bis späten Eozän.…