Please use this identifier to cite or link to this item: http://doi.org/10.25358/openscience-5113
Authors: Budsky, Alexander
Advisor: Scholz, Denis
Title: Palaeoclimate reconstruction of the last 200 ka in south-eastern Spain, based on proxies of speleothems from Cueva Victoria
Online publication date: 14-Oct-2020
Language: english
Abstract: In den letzten Jahrzehnten haben sich Speläotheme zu einem wichtigen terrestrischen Paläoklimaarchiv etabliert. Durch hochpräzise Uran-Ungleichgewichtsdatierungen ist es möglich, akkurate und unabhängige Alters-Tiefenmodelle zu erstellen. Mit der Kombination von der Datierungsmethode und einer hohen räumlichen Auflösung von Proxy-Messungen sind Speläotheme ein wichtiges Paläoklimaarchiv mit hoher zeitlicher Auflösung. Die Proxys, z.B. stabile Isotope (δ13C, δ18O) und Spurenelemente, lassen Rückschlüsse auf Veränderungen des vergangenen Klimas, der Vegetation, sowie des Bodens zu. Neben anderen Paläoklimaarchiven kommen Speläotheme weltweit in karbonatischen Gesteinen vor und können wichtige Erkenntnisse über das vergangene lokale und regionale Klima liefern. Einen großen Vorteil der Speläotheme gegenüber anderen Klimaarchiven bietet die 230Th/U-Datierung mittels Multikollektor-Massenspektrometrie mit induktiv gekoppeltem Plasma (MC-ICP-MS) an. Diese Methode der präzisen Altersdatierung wurde für die Speläotheme aus der Cueva Victoria angewandt. Zusätzlich wurden Proben für die Kohlenstoff- und Sauerstoffisotopenmessungen (δ13C, δ18O) gebohrt und mit einem Isotopenverhältnis Massenspektrometer (IRMS) gemessen. Spurenelemente wurden mit der Laser Ablation (LA)-ICP-MS in hoher räumlichen Auflösung gemessen. Paläoklimaarchive aus Südost-Spanien, einer der trockensten Regionen Europas, fehlen bisher, obwohl sie wichtige neue Informationen über hydrologische Veränderungen zwischen Warm- und Kaltzeiten liefern können. Die 230Th/U-Datierungen der Speläotheme aus der Cueva Victoria zeigen ein bevorzugtes Wachstum während der Warmzeiten, dies deutet auf humide Bedingungen während höherer Temperaturen hin. Die δ18O-Werte spiegeln Temperatur, Mengeneffekt des Niederschlags und die Isotopie der Ozeane als Quelle des Niederschlages wider. Die δ13C-Werte hingegen, geben Aufschluss über die Vegetation, sowie der mikrobiologischen Bodenaktivität über der Höhle, welche in der Regel mit den Warmzeiten zunimmt und ebenfalls auf humidere Bedingungen hinweist. Eine Ausnahme bildet ein Abschnitt im Holozän (9.7 - 7.8 ka) in dem, übereinstimmend mit anderen mediterranen Klimaarchiven, positivere δ13C-Werte eine Reduktion der Vegetation durch eine erhöhte Saisonalität mit verlängerter und intensiver Trockenperiode im Frühling und Sommer aufzeigen. Ausgehend von der letzten Warmzeit gab es in den Marinen Isotopenstadien 5 bis 3 eine starke Temperaturvariabilität auf der Nordhemisphäre bedingt durch die warmen Dansgaard/Oeschger (DO) und kalten Heinrich-Events. Viele DO-Events gehen mit humideren Bedingungen und einer Zunahme der Vegetation einher. Dies spiegelt sich in deutlich negativeren δ13C- und δ18O-Werten wider, während die Kaltphasen einen Rückgang der Vegetation (erhöhte δ13C- und δ18O-Werte) oder gar das Unterbrechen des Speläothemwachstums hervorrufen. Aufgrund der semi-ariden Klimabedingungen reagieren Speläotheme aus der Cueva Victoria sehr sensitiv auf Klimaveränderungen und sind damit für Paläoklimarekonstruktionen, vor allem der Warmzeiten, ideal geeignet. Klimatische Veränderungen auf der Nordhemisphäre werden durch die stabilen Isotope der Speläotheme präzise aufgezeichnet, und bieten damit ein großes Potential für Paläoklimarekonstruktion des westlichen Mittelmeeres.
In the last decades speleothems have been established as a robust palaeoclimate archive using the U-disequilibrium dating method to construct accurate age-depth models. Advantages in dating methods and high spatial resolution of proxy measurements promote speleothems as an important palaeoclimate archive in high temporal resolution. Proxies such as stable isotopes (δ13C, δ18O) and trace elements can provide new insights into palaeoclimatological changes and changes in vegetation and soil. In addition to other palaeoclimate archives, speleothems occur worldwide in carbonate host rocks can add important information to local and regional palaeoclimate. Several precise 230Th/U-datings on Cueva Victoria speleothems were performed using a multicollector inductively coupled plasma mass spectrometer (MC-ICP-MS). In addition, samples for stable carbon and oxygen isotopes (δ13C, δ18O) were micro milled with high spatial resolution using an isotope ratio mass spectrometer (IRMS). Laser ablation (LA)-ICP-MS technique was used to perform trace element measurements in very high spatial resolution. South-eastern Spain is one of the driest regions in Europe and high temporal resolution palaeoclimate archives are absent in this region, although they could provide important new information on hydrological changes from glacials to interglacials. 230Th/U-dating of Cueva Victoria speleothems shows preferred growth phases during interglacial phases. This indicates more humid conditions in combination with higher temperatures and is also displayed by more negative δ18O values in speleothems. These δ18O values are mainly influenced by temperature, amount effect and the source for rainwater, the proximate sea. Another important speleothem proxy is the carbon isotope composition (δ13C) reflecting vegetation type and microbiological soil activity above the cave. Concordant with δ18O values, δ13C values are more negative within warm phases as a result of a vegetation increase. However, during the Holocene, elevated δ13C values indicate less favourable conditions for the vegetation. High summer insolation during the Holocene (9.7 - 7.8 ka) enhances seasonality and, as a result, summer drought is prolonged and extended to the growing season in springtime, which is in agreement to other Mediterranean palaeoclimate archives. Since the end of the last interglacial during Marine Isotope Stages 5 to 3, climate is strongly influenced by millennial Northern Hemisphere temperature changes by the warm Dansgaard/Oeschger (DO) and cool Heinrich events. Warm DO events are accompanied by humid conditions and an increase in vegetation density, which is reflected by very negative speleothem δ13C and δ18O values. Cold phases, however, show less negative speleothem isotope values or even growth interruptions, which indicate very dry conditions. Cueva Victoria speleothems provide the first robust terrestrial palaeoclimate archive in this semi-arid region and they respond sensitively to changes in palaeoclimate, predominantly during warm phases. Fast changes in stable isotopes (δ13C, δ18O) with respect to Northern Hemisphere climate changes highlight their potential as a proxy for palaeoclimate reconstruction in the semi-arid south-eastern Spain.
DDC: 550 Geowissenschaften
550 Earth sciences
Institution: Johannes Gutenberg-Universität Mainz
Department: FB 09 Chemie, Pharmazie u. Geowissensch.
Place: Mainz
DOI: http://doi.org/10.25358/openscience-5113
Version: Original work
Publication type: Dissertation
License: in Copyright
Information on rights of use: https://rightsstatements.org/vocab/InC/1.0/
Extent: XVII, 163 Seiten
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