Base cation mass budgets and stable isotope ratios of Mg along a 127-year glacial retreat chronosequence in the subtropical Hailuogou region
Creators: name: Basdediós Prieto, Nuria
Publisher: name: Karlsruher Institut für Technologie (KIT)
Year: 2023

description: Weltweit ziehen sich Gletscher in Hochgebirgsregionen aufgrund steigender Temperaturen zurück. In ihrem Rückzugsgebiet hinterlassen sie Till, auf dem sich ein neues Ökosystem entwickelt. Die Entwicklung der Ökosystem-Sukzession kann mit Hilfe der Raum-für-Zeit-Substitution untersucht werden. Eine schnelle Vegetationssukzession in den global größer werdenden Gletscherrückzugsgebieten verringert Gebirgsrisiken wie Erdrutsche, Erosion oder Überschwemmungen. Obwohl sich in der Regel bereits wenige Jahre nach der Gletscherschmelze Pionierpflanzen auf den jungen Rückzugsflächen ansiedeln, dauert es oft Jahrzehnte, wenn nicht Jahrhunderte, bis sich eine vollständige Vegetationsdecke entwickelt hat. Überraschenderweise hat sich im von mir untersuchten subtropischen Hailuogou-Gletscherrückzugsgebiet (ca. 3000 m ü. NN, 1950 mm Niederschlag, Jahresmitteltemperatur 4,2 °C) in Sichuan, Südwestchina in nur 80 Jahren ein reifer Nadelwald entwickelt. Ein auffälliger Unterschied zu vielen anderen Gletscherrückzugsgebieten, in denen sich die Vegetation langsam entwickelt, ist die Präsenz eines niedrigen Karbonat-Gehalts im überwiegend granitischen Moränenmaterial Diese Karbonate werden innerhalb von ca. 50 Jahren aufgelöst. In meiner Dissertation habe ich einen möglichen Zusammenhang zwischen den Bodeneigenschaften und der schnellen Vegetationsentwicklung entlang der Hailuogou- Chronosequenz untersucht. Dazu habe ich (i) einen möglichen Zusammenhang zwischen der Freisetzung von basischen Kationen (Ca, Mg, K und Na) und der Vegetationsentwicklung untersucht, (ii) die Vorräte an basischen Kationen im Boden und in den Pflanzen bestimmt, (iii) die wichtigsten Flüsse der basischen Kationen quantifiziert, (iv) die Zusammensetzung des Tills untersucht, um die Mineral-Quellen der basische Kationen zu identifizieren, (v) die Freisetzungskinetik der basischen Kationen aus den Oberböden entlang der Chronosequenz mit einem Verwitterungsexperiment bestimmt und (vi) stabile Mg-Isotopenverhältnisse in verschiedenen Kompartimenten entlang der Chronosequenz gemessen. Die Gesamtvorräte an Ca und Mg im Ökosystem nahmen entlang der Chronosequenz ab, während die Vorräte an K und Na nicht mit dem Alter des Ökosystems zusammenhingen. Der Rückgang der Ca- und Mg-Vorräte erfolgte hauptsächlich in den ersten 47 Jahren, in denen Ca und Mg mit Raten von 130±10,6 und 35±3,1 g m-2 Jahr-1 ausgewaschen wurden. Die Karbonatverwitterung war für die rasche anfängliche Freisetzung von Ca, nicht aber von Mg verantwortlich. Die schnelle anfängliche Freisetzung von Mg erfolgte aus leicht verwitterbaren Silikaten. Die Kinetik der Freisetzung von basischen Kationen im Mineralboden folgte der Reihenfolge Ca&gt;&gt;Mg&gt;K&gt;&gt;Na. Die anfänglich hohe Ca-Bioverfügbarkeit aufgrund des mäßig alkalischen pH-Werts des Bodens und der Karbonatauswaschung trugen zusammen mit der Auflösung von leicht verwitterbaren Silikaten, die der Pioniervegetation genügend Mg und K lieferten, zur raschen Etablierung eines Laubwaldes in weniger als 47 Jahren bei. Nach der Auswaschung der Karbonate nahmen die Nettoverwitterungsraten ab, weil weniger lösliche Mineralien im Boden verblieben, was mit dem Vegetationswechsel von Laub- zu Nadelbäumen und dem damit verbundenen geringeren Nährstoffbedarf und langsameren Nährstoffkreislauf zusammenhing. Die Mg-Verarmungsrate aus dem mineralischen Oberboden entlang der Chronosequenz konnte durch die Messung von Mg-Isotopenverhältnissen nachvollzogen werden, mit deren Hilfe außerdem Chlorit als Hauptquelle der anfänglich schnellen Mg-Freisetzung identifiziert wurde. Meine Ergebnisse deuten darauf hin, dass das gut synchronisierte Zusammenspiel von Karbonat- und Silikatverwitterung die schnelle Vegetationssukzession entlang der untersuchten Gletscherrückzugs-Chronosequenz ermöglicht hat. Außerdem fand ich, dass die Mg-Isotopenverhältnisse die Schätzung der Mg-Verluste aus dem Oberboden während der frühen Phase der Bodenentwicklung ermöglichen und verwendet werden können, um die Mineral-Quellen des Mg-Verlustes zu identifizieren.