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Vast areas of the terrestrial Subarctic and Arctic are underlain by permafrost. Landscape evolution is therefore largely controlled by climate-driven periglacial processes. The response of the frozen ground to late Quaternary warm and cold stages is preserved in permafrost sequences, and deducible by multi-proxy palaeoenvironmental approaches. Here, we analyse radiocarbon-dated mid-Wisconsin Interstadial and Holocene lacustrine deposits preserved in the Kit-1 pingo permafrost sequence combined with water and surface sediment samples from nine modern water bodies on Seward Peninsula (NW Alaska) to reconstruct thermokarst dynamics and determine major abiotic factors that controlled the aquatic ecosystem variability. Our methods comprise taxonomical diatom analyses as well as Detrended Correspondence Analysis (DCA) and Redundancy Analysis (RDA). Our results show, that the fossil diatom record reflects thermokarst lake succession since about 42 C-14 kyr BP. Different thermolcarst lake stages during the mid-Wisconsin Interstadial, the late Wisconsin and the early Holocene are mirrored by changes in diatom abundance, diversity, and ecology. We interpret the taxonomical changes in the fossil diatom assemblages in combination with both modern diatom data from surrounding ponds and existing micropalaeontological, sedimentological and mineralogical data from the pingo sequence. A diatom based quantitative reconstruction of lake water pH indicates changing lake environments during mid-Wisconsin to early Holocene stages. Mineralogical analyses indicate presence of tephra fallout and its impact on fossil diatom communities. Our comparison of modern and fossil diatom communities shows the highest floristic similarity of modern polygon ponds to the corresponding initial (shallow water) development stages of thermolcarst lakes. We conclude, that mid-Wisconsin thermokarst processes in the study area could establish during relatively warm interstadial climate conditions accompanied by increased precipitation due to approaching coasts, while still high continentality and hence high seasonal temperature gradients led to warm summers in the central part of Beringia. (C) 2017 Elsevier B.V. All rights reserved.
This work focuses on the incision process over the Tuostai anticline, a fold of the proximal structure Belt I in the northern Chinese Tian Shan foreland, where the Sikeshu River has incised deeply into the alluvial gravels and the fold's underlying bedrock strata. Field investigation and geomorphic mapping define five terraces of the Sikeshu River (designated as T1 to T5 from oldest to youngest) preserved within the Tuostai anticline. 10Be surface exposure dating and optically stimulated luminescence dating constrain stabilization of the highest three terrace surfaces at about 80 ka (T1), 16 ka (T2), and 15 ka (T3), respectively. Around 16 ka, the calculated river incision rates significantly increase from <2 mm/yr to >6 mm/yr. Undeformed longitudinal profiles of terraces T2, T3 and T4 over the Tuostai anticline suggest that this structure may have been tectonically inactive since stabilization of these three terraces. We thus think that the observed rapid river incision over the Tuostai anticline has not been largely forced by tectonic uplift. Instead, the progressively warmer and wetter palaeoclimatic condition within the Tian Shan range and its surrounding area during the period of ∼20–10 ka may have enhanced river incision across the Tuostai anticline. A reduced sediment/water ratio might have lowered the gradient of the Sikeshu River.
Lakustrine Sedimente als Archive des spätquartären Umweltwandels in der Amery-Oase, Ostantarktis
(2006)
Im Rahmen einer deutsch-australischen Forschungskooperation erfolgte im Südsommer 2001/2002 eine Expedition in die Amery-Oase (70°50’S, 68°00’E), die im Einzugsgebiet des Lambert-Gletscher/Amery-Schelfeis-Systems, dem größten ostantarktischen Eis-Drainagesystem, liegt. Von deutscher Seite wurden im Zuge der Geländekampagne erstmals lakustrine Sedimentsequenzen gewonnen, um die bislang wenig erforschte spätquartäre Klima- und Umweltgeschichte dieser rund 1800 km<sup>2 großen eisfreien Region zu rekonstruieren. Die drei untersuchten Glazialseen Beaver, Radok und Terrasovoje unterscheiden sich sowohl deutlich in ihrer Größe, Bathymetrie und den hydrologischen Merkmalen sowie in ihren Sedimentabfolgen. Einen Schwerpunkte dieser Doktorarbeit bildet die Rekonstruktion der Sedimentationsprozesse und des Ablagerungsmilieus sowie Untersuchungen zur Herkunft des detritischen Sedimentmaterials in den Seebecken. Der methodische Ansatz verfolgt die Charakterisierung der klastischen Sedimentfazies an Hand lithologisch-granulometrischer Merkmale sowie mineralogisch-geochemischer Analysen der Sedimentherkunft. Ein weiterer Schwerpunkt ist die Rekonstruktion der holozänen biogen gesteuerten Ablagerungsbedingungen im Terrasovoje-See, die Rückschlüsse auf den kurzfristigen postglazialen Klima- und Umweltwandel in der Amery-Oase gestattet. Dabei wurden mikrofazielle Untersuchungsmethoden und hochauflösende Elementscannermessungen angewandt. Die klastische Sedimentherkunft in den drei Seen unterscheidet sich räumlich deutlich voneinander und spiegelt den komplexen geologischen Aufbau der Amery-Oase wider. Als Sedimentquellen konnten präkambrische Metamorphite, permotriassische Sedimentgesteine und tertiäre Lockersedimente identifiziert werden. Die Varibilität der Herkunftssignale ist zeitlich weniger deutlich als räumlich ausgeprägt und deutet auf relativ konstante Liefergebiete in den einzelnen Seen hin. Das glaziolakustrine Ablagerungsmilieu der drei untersuchten Seen zeigt klare räumliche und zeitliche Unterschiede. In allen drei Seen setzen sich die älteren Sedimente aus grobkörnigem, häufig diamiktischem Material zusammen, während die jüngeren Sedimente aus feinkörnigen Laminiten bestehen. Die lithofazielle Zweiteilung in den Sedimentabfolgen deutet auf einen Rückzug der Gletscher und/oder einen Anstieg der Wassertiefen im Übergang von den grobkörnigen zu den feinkörnigen Ablagerungseinheiten hin. Die oberen feinkörnigen Kernabschnitte spiegeln in allen drei Seen die postglaziale lakustrine Sedimentation wider. Im Beaver-See wird die postglaziale Fazies durch laminierte klastische Stillwassersedimente repräsentiert, im Radok-See durch Turbiditsequenzen und im Terrasovoje-See durch Algenlaminite. Abgesehen vom Terrasovoje-See ist die zeitliche Einordnung der Fazieswechsel auf Grund mangelnder Altersinformationen schwer erfassbar. Im Terrasovoje-See setzte die postglaziale Sedimentation um rund 12,4 cal. ka ein. Somit weisen die darunterliegenden glazigenen Klastika mindestens ein spätpleistozänes Alter auf. Die sedimentologischen Eigenschaften, Änderungen der Sedimentationsraten und organogene Zusammensetzung der postglazialen Biogenlaminite des Terrasovoje-Sees deuten auf Variationen der paläolimnologischen Bedingungen hinsichtlich Eisbedeckung, biologischer Produktivität, Wasserstand, Redoxbedingungen und Salinität hin, die mit regionalen holozänen Klimaänderungen in Verbindung gebracht werden können. Weitere Anhaltspunkte ergeben sich aus der Zusammensetzung und den Mächtigkeitsvariationen der Laminae, die generell aus Wechsellagerungen von Cyanobakterienmatten mit feinklastischen Lagen bestehen. Lagenzählungen der Laminae belegen Änderungen des Ablagerungsmilieus auf subdekadischen Zeitskalen, wobei zeitweilige jährliche Signale nicht ausgeschlossen werden können. Unter Berücksichtigung aller faziellen Indikatoren lässt sich aus der Sedimentabfolge des Terrasovoje-Sees ein frühholozänes Klimaoptimum zwischen 9 und 7 cal. ka sowie weitere Wärmephasen zwischen 3,2 und 2,3 cal. ka sowie 1,5 und 1,0 cal. ka ableiten. Im Vergleich mit Eiskernarchiven und anderen Seesedimentabfolgen aus ostantarktischen Oasen zeigt sich, dass das Auftreten postglazialer Warmphasen nicht allenorts einem allgemein gültigen räumlich-zeitlichen Muster folgt. Die Ursachen hierfür liegen vermutlich in den lokalen geographischen Gegebenheiten. Es lässt sich daraus schliessen, dass die bisher vorliegenden Klimarekonstruktionen eher das Lokalklima an einem Untersuchungsstandort als das Großklima der Ostantarktis reflektieren. Daraus ergibt sich die Notwendigkeit weiterer Untersuchungen von antarktischen Klimaarchiven und Untersuchungsstandorten, um örtliche von überregionalen Klimasignalen besser unterscheiden zu können.