Speleothem-based reconstruction of the palaeohydrology in the tropical western Pacific = Speläothem-basierte Rekonstruktion der Paläohydrologie im tropischen West-Pazifik
Creators: name: Nothstein, Arno
Publisher: name: Karlsruhe
Year: 2020
Subjects: Palaeohydrology
Asian Monsoons
Speleothems
automated dripwater sampler
GUARD

description: Die Monsune bilden ein immenses und dynamisches System, das den gesamten Globus umgibt und welches fast die Hälfte der Weltbevölkerung fundamental beeinflusst, sowohl in Bezug auf Wasserverbrauch, Landwirtschaft, Energie und Verkehr, als auch in Bezug auf Naturkatastrophen wie Überschwemmungen und Erdrutsche. Sie stellen gleichzeitig integrale Komponenten des Globalen Klimasystems dar, indem sie feuchte Luftmassen über große Entfernungen hinweg transportieren und die mächtigsten Niederschlagssysteme der Erde speisen. Trotz ihrer Bedeutung sind die Monsune noch nicht vollständig verstanden, insbesondere hinsichtlich globaler Erwärmung, und Klimamodelle müssen verbessert werden, um dieses Problem zu lösen. Um die Verbesserung von Klimamodellen zu unterstützen und das Verständnis der Monsundynamik in Südostasien zu vertiefen, fokussiert Teil 1 dieser Thesis auf die Generierung hochqualitativer Paläodaten aus zwei Stalagmiten aus zwei Höhlen in Nordvietnam, innerhalb der Übergangszone zwischen dem Indischen Sommermonsun (ISM) und dem Ostasiatischen Sommermonsun (EASM), aus welcher Paläodaten immer noch kaum vorhanden sind. Für die Rekonstruktion der lokalen und regionalen Klimabedingungen während der letzten 8.000 Jahre des Holozäns und während des Übergangs von dem Heinrich Stadial 1 zu der Bølling-Allerød Warmphase (16.2 – 13.4 ka BP) wird in dieser Thesis ein Multiproxyansatz angewendet, welcher die stabilen Isotope von Sauerstoff und Kohlenstoff, Spurenelemente sowie Kristallmorphologie-Typen kombiniert, in Verbindung mit einem Multiparameter-Monitoring der heutigen Höhlenumgebung. Die Ergebnisse spiegeln die Variabilität des Asiatischen Sommermonsuns (ASM) innerhalb der Übergangszone zwischen ISM und EASM auf sub-orbitaler Zeitskala bis zur Zeitskala von Jahrhunderten wider, in Übereinstimmung mit veröffentlichten Proxyaufzeichnungen aus Stalagmiten, anderen Umweltarchiven sowie Ergebnissen von Modellsimulationen. Die Multiproxyergebnisse werden vorrangig im Sinne von lokaler bis supra-regionaler Wasserverfügbarkeit und atmosphärischer Zirkulation interpretiert und unterstreichen die Bedeutung des ISM als Initiator des berühmten und kontrovers diskutierten δ18O-Signals in chinesischen Stalagmiten. Unter Berücksichtigung der neuen Multiproxy-Paläodaten scheint der Mechanismus des luvseitigen Ausregnens (upstream rainout mechanism) der wichtigste Prozess zu sein, welcher das supra-regionale Muster von Stalagmit-basierten δ18O-Aufzeichnungen erschafft, welches in den letzten zehn Jahren zutage getreten ist. Zudem wird basierend auf diesen neuen Daten die Hypothese aufgestellt, dass der Niederschlag, der die chinesischen Stalagmiten gebildet hat, einen signifikanten Anteil an isotopisch schwerem Regen hat, welcher sich wahrscheinlich aus einer nähergelegenen Quelle speist, etwa aus dem Chinesischen Meer. Die neuen Daten zu Kohlenstoffisotopen und Spurenelementen spiegeln lokale Schwankungen in der Wasserverfügbarkeit wider, sowie Ereignisse besonders hoher Infiltration und/oder Höhlenüberflutungen, welche damit in dieser Region zum ersten Mal rekonstruiert werden. Die Interpretation von Proxysignalen aus Speläothemen, wie in Teil 1 dieser Thesis durchgeführt, kann vereinfacht und verbessert werden, indem die heutigen Umwelt-Rahmenbedingungen in Bezug auf die Speläothembildung an dem jeweiligen Untersuchungsort in mehrjährigen Monitoring-Studien untersucht werden. Von besonderem Interesse ist hierbei die isotopische und geochemische Zusammensetzung des Tropfwassers, welches die Speläotheme bildet, die für die Generierung der geochemischen Zeitreihen aus Paläodaten verwendet werden. Um die fundamentale Verknüpfung zwischen Veränderungen dieser Proxysignale im Tropfwasser und den entsprechenden Schwankungen in deren natürlichen Auslösern wie etwa Niederschlag und Höhlenbelüftung herzustellen, müssen Tropfwässer über mehrere Monate bis Jahre wiederholt beprobt werden. Die wiederholte händische Tropfwasserbeprobung ist jedoch nicht nur zeitaufwänding, sondern auch teuer und logistisch anspruchsvoll, vor allem in weit entlegenen Gebieten mit schlechter oder ohne Infrastruktur – in denen sich die meisten Karsthöhlen befinden. Da dieses Problem nur durch Automatisierung gelöst werden kann, wurden im Rahmen dieser Thesis zwei automatische Tropfwasser-Probenehmer entwickelt, sie werden in Teil II dargestellt und diskutiert. Eine erste erfolgreiche Fallstudie unter Einsatz des zweiten Probenehmer-Prototypen zeigt den technischen Wert des Geräts selbst auf sowie den wissenschaftlichen Nutzen der Daten, die der automatische Probenehmer zugänglich macht. Zum ersten Mal wurde die Beziehung zwischen hochfrequenten Schwankungen der CO2-Konzentration in der Höhlenluft auf Zeitskalen von unter einem Tag und den daraus resultierenden hoch-frequenten Änderungen in den δ13CDIC-Werten (DIC = gelöster anorganischer Kohlenstoff) im Tropfwasser hergestellt und quantifiziert. Diese Beziehung hat wichtige Implikationen für die Speläothemforschung im Allgemeinen und die Interpretation von δ13C-Aufzeichnungen in Speläothemen im Besonderen.