Root structure of shrub encroaching plants in the African savannas: insights from Terminalia sericea (Burch. ex dc) across a climate gradient in the Kalahari Basin

The competitive exclusion of grasses by shrubs in the African savannas is an elusive phenomenon. The popular concept, Walter’s two-layer hypothesis is still inconclusive. This concept suggests that trees and shrubs in the savannas develop deeper roots to avoid competition with grasses. This study was designed to test this hypothesis by investigating the root system of T. sericea, one of the common encroaching species in the Kalahari Basin. Using direct excavation method, 39 shrubs were randomly excavated across the Kalahari Basin.Results revealed contrasting rooting strategies by T. sericea under varying climatic conditions. Drier areas exhibit largely lateral roots, whereas moist sites were dominated by dual root systems. These findings are not consistent with the existing framework which argues that savanna shrubs are essentially deeper rooted. Instead, results support an emerging hypothesis that certain savanna shrubs opportunistically adapt their root systems in response to the prevailing environmental constraints such as water availability A shrub such as T. sericea with lateral roots abundantly deployed in shallow soil depth points to a direct competition exclusion with grasses in the Kalahari Basin. It is probable that the occurrence of shrub encroachment by T. sericea is a manifestation of this competitive interaction, contrary to the root niche partitioning hypothesis. Future savanna models need to be cognizant of the variation in savanna shrubs roots system architecture and its potential implications on tree-grass coexistence and competition

Coupling leeside grainfall to avalanche characteristics in aeolian dune dynamics

Avalanche (grainflow) processes are fundamental drivers of dune morphodynamics and are typically initiated by grainfall accumulations. In sedimentary systems, however, the dynamism between grainfall and grainflow remains unspecified because simple measurements are hampered by the inherent instability of lee slopes. Here, for the first time, terrestrial laser scanning is used to quantify key aspects of the grainfall process on the lee (slip face) of a barchan sand dune. We determine grainfall zone extent and flux and show their variability under differing wind speeds. The increase in the downwind distance from the brink of peak grainfall under stronger winds provides a mechanism that explains the competence of large avalanches to descend the entire lee slope. These findings highlight important interactions between wind speed, grainfall, and subsequent grainflow that influence dune migration rates and are important for correct interpretation of dune stratigraphy

Smoke and clouds above the Southeast Atlantic: upcoming field campaigns probe absorbing aerosol’s impact on climate

ArticleFrom July through October, smoke from biomass burning fires on the southern African sub-continent are transported westward through the free troposphere over one of the largest stratocumulus cloud decks on our planet. Biomass burning aerosol (smoke) absorbs shortwave radiation efficiently. This fundamental property implicates smoke within myriad small-scale processes with potential large-scale impacts on climate that are not yet well-understood. A coordinated, international team of scientists from the United States, United Kingdom, France, South Africa and Namibia will provide an unprecedented interrogation of this smoke-and-cloud regime from 2016 to 2018, using multiple aircraft and surface-based instrumentation suites to span much of the breadth of the southeast Atlantic

A comparative analysis of stakeholder roles in the spatial data infrastructures of South Africa, Namibia and Ghana

Spatial data infrastructures (SDIs) at various levels (global, regional national, local and corporate) are being developed by and in countries around the world. We assess here the SDI developments in three African countries, Ghana, Namibia and South Africa, using the SDI models developed by the Commission on Geoinformation Infrastructures and Standards of the International Cartographic Association (ICA), focusing on the stakeholders and their roles: the Policy Maker, Producer, Provider, Broker, Value-Added Reseller (VAR) and End User. SDI development in all three countries has involved a variety of stakeholders and has taken a long time, waxing and waning depending on the availability of funding and the commitment of the stakeholders, particularly the Policy Makers. This research on the similarities and differences of the SDI stakeholders in Ghana, Namibia and South Africa improves the understanding of SDI development and we hope that the results can help other countries with their own SDI developments. Based on our work, we make recommendations for refining the ICA’s stakeholder typology

Die Entwicklung der Etoscha-Pfanne, Namibia

This study explores and examines the geomorphology of a large endorheic basin, approximately twice the size of Luxemburg, situated in the Etosha National Park, Namibia. The main focus is directed on how and when this depression, known as Etosha Pan, came into being. Geomorphological investigation was complemented and guided primarily by the application and interpretation of satellite-derived information. Etosha Pan has attracted scientific investigations for nearly a century. Unfortunately, their efforts resulted into two diverging and mutually exclusive views with respect to its development. The first and oldest view dates back to the 1920s. It hypothesized Etosha Pan as a desiccated palaeolake which was abandoned following the river capture of its major fluvial system, the Kunene River. The river capture was assumed to have taken place in the Pliocene/Early Pleistocene. In spite of the absence of fluvial input that the Kunene contributed, the original lake was thought to have persisted until some 35 ka ago, long after the Kunene severed its ties with the basin. The current size of the basin and its playa status was interpreted to have resulted from deteriorating climatic conditions. The opposing view emerged in the 1980s and gained prominence in the 1990s. This view assumed that there were an innumerable number of small pans on the then surface of what later to become Etosha Pan. Since the turn of the Pliocene to Early Pleistocene, these individual pans started to experience a combined effect of fluvial erosion during the rainy season and wind deflation during the dry period. The climatic regime during that entire period was postulated to be semi-arid as today. This climatic status was used to rule out any existence of a perennial lake within the boundary of Etosha since the Quaternary. Ultimately, these denudational processes, taking place in a seasonal rhythm, caused the individual pans to deepen and widen laterally into each other and formed a super-pan that we call Etosha today. Thus the Kunene River had no role to play in the development of the Etosha Pan according to this model. However, proponents of this model acknowledged that the Kunene once fed into the Owambo Basin and assigned the end of the Tertiary to the terminal phase of that inflow. Findings of this study included field evidence endorsing the postulation that the Kunene River had once flowed into the Owambo Basin. Its infilled valley, bounding with the contemporary valley of the Kunene near Calueque, was identified and points towards the Etosha Pan. It is deliberated that a large lake, called Lake Kunene, existed in the basin during the time. Following the deflection of the Kunene River to the coast under the influence of river incision and neo-tectonic during the Late Pliocene, new dynamics were introduced over the Owambo Basin surface. After the basin was deprived of its major water and sediment budget that the Kunene River contributed, it was left with only smaller rivers, most notably the Cuvelai System, as the only remaining supplier. This resulted in the Cuvelai System concentrating and limiting its collective load deposition to a lobe of Lake Kunene basin floor. The accident of that lobe is unclear, but it is likely that it constituted the deepest part of the basin at the time or it was influenced by neo-tectonic that helped divert the Kunene River or both. Against the backdrop of fluvial action that was initiating the new lake, most parts of the rest of the basin, then denied of lacustrine activity, were intermittently riddled with a veneer of sediment, especially during phases of intensified aeolian activity. In the mean time, the area that was regularly receiving fluvial input started to shape up as a distinct lake with the depositions of sediments around the water-body, primarily via littoral action, serving as embankment. Gradually, a shoreline is formed and assisted in fixing and delineating the spatial extent of the new and much smaller lake, called Lake Etosha. That Lake Etosha is the predecessor of the modern day Etosha Pan. Indicators for a perennial lake found in this study at Etosha include fossil fragments of Clariidae species comparable to modern species measuring some 90 cm, and those of sitatunga dated to approximately 5 ka. None of these creatures exist today at Etosha because of their ecological requirements, which among others, include permanent water. The sitatunga, in addition, is known as the only truly amphibious antelope in the world. Since its inception, the new lake underwent a number of geomorphological modifications. A prominent character amongst these modifications is the orientation of the lake, which has its long-axis oriented in the ENE-WSW direction. It resulted from wave action affected by the prevailing dominant northeasterly wind, which is believed to have been in force since the Middle Pleistocene. Lake Etosha has also witnessed phases of waning and waxing under the influence of the prevailing climatic regime. Over the last 150 ka, the available data intercepted about seven phases of high lake levels. These data are generally in agreement with regional palaeoclimatic data, particularly when compared with those obtained from neighbouring Makgadikgadi Pans in Botswana. The last recorded episode of the wet phase at Etosha was some 2,400 years before the present.Die vorliegende Studie untersucht Aspekte der Geomorphologie und Landschaftsgeschichte eines großen, heute endorheischen Beckens im zentralen Nord-Namibia, nämlich des Owambo-Beckens als Teil der Kalahari im weitesten Sinne. Der rezent tiefste Teil dieses Beckens umfasst die so genannte Etoscha-Pfanne im gleichnamigen Nationalpark; sie besitzt eine Fläche von etwas zweimal der Größe Luxemburgs. Dabei wurde das Hauptaugenmerk auf die Frage gelegt, wie und wann diese Depression unter Berücksichtigung der tektonischen und klimatischen Entwicklung des Großraums entstanden ist. Hierzu wurden zwischen 2002 und 2004 umfassende Geländestudien von mehreren Monaten Dauer mit unterstützender Luft- und Satellitenbild-Auswertung sowie Kartier- und Laborarbeiten unternommen. Die Region um die Etoscha-Pfanne ist seit fast 100 Jahren Gegenstand wissenschaftlich-geographischer Forschung, wobei die jeweiligen Resultate zu teilweise sehr konträren Hypothesen geführt haben. Die älteste publizierte Theorie (1920er Jahre) geht davon aus, dass es sich bei der Etoscha-Pfanne um den ausgetrockneten Endsee des Kunene-Flusses handelt, welcher seinerseits gegen Ende des Tertiärs oder zu Beginn des Quartärs infolge Flussanzapfung von Westen her zum Atlantik umgelenkt wurde. Diese Umlenkung soll das Ende des Zuflusses und demzufolge die sukzessive Austrocknung des Etoscha-Sees bewirkt haben, der aber – so die Hypothese – noch bis vor ca. 35.000 Jahren bestanden haben soll. Sowohl die Größe der Etoscha-Depression wie auch der Playa-Formenschatz und die umlaufenden Terrassen-Galerien wurden als Indikatoren dieser insgesamt zunehmenden Austrocknung gedeutet. Eine gegensätzliche Theorie wurde ab den 1980er Jahren entwickelt, wonach die Entwicklung des regionalen Flußsystems, insbesondere des Kunene, mit der Entstehung der Pfanne nicht in Verbindung zu bringen sei. Es wurde aber auf die Möglichkeit hingewiesen, dass im Tertiär der Kunene in das Owambo-Becken geflossen sein könnte und somit für Teile der Kalahari-Formation als Beckenfüllung verantwortlich wäre. Vielmehr sei im tektonisch prä-disponierten Beckentiefsten nach-kunenezeitlich eine Megapfanne infolge rückschreitender Hangentwicklung aus kleineren Pfannen entstanden. Offen blieb jedoch die Frage, in welcher Weise sich die wirksame Erosion in unmittelbarer Nähe des Vorflut- oder Haupterosionsniveaus in einem sehr flachen Großrelief als Prozeß etablieren und zum kilometerweiten Rückschreiten der wenige Meter hohen Hänge führen konnte. Dies hat dazu geführt, dass ab den 1990er Jahren der Wirkung des Windes diese erosiven Fähigkeiten zugesprochen wurden. Demnach habe sich etwa ab der Tertiär-Quartär-Wende unter generell gleich bleibenden semi-ariden Umweltbedingungen eine Art Kombinations-effekt aus saisonaler fluvialer Aufbereitung mit ebenso saisonalem äolischen Materialaustrag etabliert. Dieser soll zur sukzessiven Tieferlegung des Pfannenbodens seit dem Ende des Tertiärs infolge von Auswehung geführt haben. Als Indizien hierfür werden u. a. eine mangelnde bzw. sehr dünne Sedimentdecke in der Pfanne sowie die Existenz von äolischen Sandkörpern, den so genannten Lunette-Dünen am Westrand der Pfanne angeführt. Die Existenz eines perennierenden Sees ist in dieser Hypothese explizit ausgeschlossen worden, zumindest für die letzten 140.000 Jahre. Die Ergebnisse der Gelände- und Auswertungsarbeiten vorliegender Studie können beide genannten Hypothesengebäude nur zum Teil bestätigen. Die Untersuchung der Wasserscheidenbereiche zwischen Kunene-System und dem ins Etoscha-Becken entwässernden Cuvelai-Oshana-System insbesondere am westlichsten Zweig, dem Etaka-Fluß, erbrachte das Resultat, dass ein durchgängiges, sehr breites und teilweise verfülltes Paläotal von einem nordwärts fließenden Kunene-Tributär bei Calueque, dem Olushandja, über die Wasserscheide hinweg zum Etaka und damit nach Etoscha führt. Die Rekonstruktion des direkten Wasserscheiden-bereiches ist heute nur noch schwer möglich, da direkt auf der Wasserscheide ein Stausee der nordnamibischen Wasserfernversorgung angelegt wurde. Anhand der wasserbaulichen Planungs- und Bauunterlagen konnte jedoch die Lage relativ genau lokalisiert werden. Die Höhe der Wasserscheide über dem rezenten Normalwasserbett des Kunene beträgt nur 15 Meter und es ist daher anzunehmen, dass die Umlenkung des Flusses keine allzu starke tektonische Aktivität erforderte, zumal das obere Tertiär im subkontinentalen Maßstab als Periode starker Hebung in den Randstufen-bereichen gilt. Der Kunene selbst fließt heute westlich des Anzapfungsbereichs in einem von teilweise starken Längsprofil-Diskontinuitäten gekennzeichneten und tief ausgeräumten Tal, angelehnt an eine tektonische Struktur, die in der angolanischen Literatur als Ruacana-Graben bezeichnet wurde. Auch das intramontane Becken von Ruacana ist wohl als Weiterbildung einer ursächlich tektonisch bedingten Depression nahe der kontinentalen Hauptwasserscheide anzusehen. Das Vorkommen einer noch in geomorphologisch jüngerer Zeit möglichen Durchflussverbindung lässt auf die zeitweise Existenz eines oder mehrerer perennierender Seen schließen, zumindest in Zeiten stärkerer Wasserschüttung im angolanischen Hochland. Genauere zeitliche Einordnungen können nicht gemacht werden, da derzeit noch kein adäquat datierbares Material vorliegt. Unter der Annahme, dass ein solcher Kunene-See mit oder ohne ehemaligem Ausfluss im Beckentiefsten existiert hat, trat nach der endgültigen Ablenkung des Zulaufs definitiv ein Systemwechsel hin zu einer anderen Dynamik auf der Oberfläche des Owambo-Beckens ein. Das durch die Neotektonik bedingte, deutlich verkleinerte und nicht mehr weit ins angolanische Hochland reichende Cuvelai-Oshana- und Gwashigambo-Einzugs-gebiet der Beckendepression muss in deutlich geringerem Maße fremdgesteuert gewesen sein, so dass die autochthonen Niederschlags-bedingungen sich in den Formen stärker niedergeschlagen haben müssen. Dies gilt insbesondere für pleistozäne Trockenphasen, wie sie anderweitig in Namibia vor allem in den jeweiligen Hochglazialen mit Meeresspiegel-Tiefständen und intensivem Benguela-Upwelling als nachgewiesen gelten dürfen. Während dieser Trockenphasen dürfte die fluviale Aktivität sehr stark zum Erliegen gekommen und ein kaum nennenswerter fluvialer Input in die Vorflutbereiche geschüttet worden sein, so dass besonders in den extremen Trockenphasen Auswehungs-prozesse dominiert haben. So sind insbesondere die Längsdünenzüge im zentralen Nordnamibia aber auch in anderen Regionen des Landes auf die Ausbildung oder Reaktivierung im letzten Hochglazial zurückzuführen. Als besonderes Indiz für die neotektonische Aktivität ist die bei Flutereignissen im Satellitenbild erkennbare ostwärtige Neigung der Pfannenoberfläche zu sehen, was auf der Ostseite zu ausgeprägter Kliffdynamik führt. In den Übergangsphasen dürften die Verhältnisse den heutigen mehr oder weniger ähnlich gewesen sein mit saisonalem, episodischem oder periodischem Input sowohl aus der direkten Umgebung des Beckentiefsten wie auch aus dem Oshana-System. Signifikante Unterschiede bestehen jedoch zu den pluvialzeitlichen Verhältnissen, die im Verlauf des Pleistozäns mehrfach aufgetreten sind. Hier herrschten perennierend feuchte Bedingungen in weiten Teilen des Einzugsgebiets, das durch dichten Trockenwald und Feuchtsavannen zu charakterisieren ist. Als Indikatoren für pluvialzeitliche Verhältnisse wurden fossil-führende Sedimente im Pfannenbecken, Strandterrassen und Flussterrassen im unteren Einzugsgebiet untersucht. Die Sedimente erbrachten Fossilfunde von großen Fischen der Gattung Clariidae – die größten Fische, die je entdeckt wurden – und von Land- und Frischwassermollusken in unterschiedlichen Morphopositionen. Ein jünger angeschnittener Nehrungshaken enthielt u. a. Fossilien von Sitatunga, ein klarer Hinweis auf perennierende Seeverhältnisse. Letztere konnten radiometrisch auf ca. 5000 BP datiert werden – ein Datum, welches mit der in der Literatur immer wieder beschriebenen frühholozänen Feuchtphase in Namibia ebenso gut korreliert, wie mit der jüngsten Bodenbildungsphase auf den Strandwällen. Innerhalb der geschilderten Befunde sind die früher als Lunette-Dünen beschriebenen Akkumulationskörper auf der West- und Nordseite der Pfanne ebenso als reliktische Strandwälle anzusprechen wie die identisch strukturierten, längsgestreckten, der heutigen Küste vorgelagerten Inseln, z. B. Logans Island. Letztere repräsentieren sehr wahrscheinlich das Niveau der Strandwälle einer vergangenen Seephase, als das heutige Pfannenbecken bereits bestand aber nicht komplett mit Wasser geflutet war. Sie wurden durch die nachfolgende Seephase, die vermutlich auf 5000 BP datierte, bis auf die Reliktinseln überformt. Die genannten Strandwälle aller Reliefgenerationen enthalten Mollusken der Art Xerocerastus burchelli und einige andere, ebenfalls häufig wechselnde oder feuchte Bedingungen bevorzugende Arten. In den älteren Strandwällen sind diese Fossilien mit carbonatischen Ausfällungen überzogen, teilweise auch vollständig verbacken, in den jüngeren Sedimenten, wie Logans Island oder dem datierten Nehrungshaken, stecken sie in frischer Erhaltung im Sedimentkörper. Lebende Exemplare konnten jedoch nicht aufgefunden werden. Ein weiteres Indiz für die Interpretation der Sedimentkörper als fossile Strandwälle ist darin zu sehen, dass dieselben infolge Bodenbildung fest liegen und lokal durch autochthone Niederschläge gullyartig zerschnitten werden. Indizien für eine rezente äolische Entstehung infolge der Auswehung vom Pfannenboden konnten nicht gefunden werden. Stattdessen konnte gezeigt werden, dass Auswehung allenfalls den Schwemm-bereich des westlichen Hauptzuflusses, den Ekuma, betraf. Insgesamt scheint der Anteil der äolischen Formung weit hinter dem der fluvial-lakustrinen zurückzutreten. Insgesamt konnte gezeigt werden, dass die Region des zentralen Nordnamibia mit der Etoscha-Pfanne als rezentem Hauptvorfluter in ihrer tektonisch-strukturellen Prädisposition eine wechselhafte jungkänozoische Relief-geschichte mit alternierenden Pluvialzeiten und Trockenphasen jeweils unterschiedlicher Dimension sowie Übergangsphasen aufweist

Of pastures and tourism: A comparison of Tyrolean and Namibian commons institutions

We compare institutions of pastoral-cum-tourist commons in Europe (Tyrol) and southern Africa (Namibia). Membership of European pastoral single village commons was less than one hundred enumerated farms. In Namibia, membership was more numerous, unregistered and open-ended. Tyrolean commons included huntable game, owned by either the collective or the municipality. Namibian commons, inclusive of huntable game, were national property.Tyrolean commoners privately held enumerated pastoral rights, whereas the stock numbers of Namibian commoners were open-ended. While herding in Europe is undertaken collectively, Namibians herd individually. Tyrolean commoners’ collectives were public law associations of ancestral farm-with-field owners with a statute prescribing internal democracy. Namibian pastoral commons operated under local, unwritten, customary law. In Namibia, conditionaluse rights for huntable game was recently devolved to public law associations of commoners, that is, Conservancies. Namibian Conservancies hold use rights for game without jurisdiction over land, similar to hunting associations in Tyrol. Capital investment in tourism on Tyrolean commons was from within the village, in Conservancies (inter)national. Unlike definite commons boundaries in Tyrol, Namibian equivalents are often disputed.We compare institutions of pastoral-cum-tourist commons in Europe (Tyrol) and southern Africa (Namibia). Membership of European pastoral single village commons was less than one hundred enumerated farms. In Namibia, membership was more numerous, unregistered and open-ended. Tyrolean commons included huntable game, owned by either the collective or the municipality. Namibian commons, inclusive of huntable game, were national property.Tyrolean commoners privately held enumerated pastoral rights, whereas the stock numbers of Namibian commoners were open-ended. While herding in Europe is undertaken collectively, Namibians herd individually. Tyrolean commoners’ collectives were public law associations of ancestral farm-with-field owners with a statute prescribing internal democracy. Namibian pastoral commons operated under local, unwritten, customary law. In Namibia, conditionaluse rights for huntable game was recently devolved to public law associations of commoners, that is, Conservancies. Namibian Conservancies hold use rights for game without jurisdiction over land, similar to hunting associations in Tyrol. Capital investment in tourism on Tyrolean commons was from within the village, in Conservancies (inter)national. Unlike definite commons boundaries in Tyrol, Namibian equivalents are often disputed

Spatio-temporal characterization of surface water dynamics with Landsat in endorheic Cuvelai-Etosha Basin (1990–2021)

Socio-economic damages caused by extreme floods have been increasing rapidly in recent years, mainly driven by changes in the climate and modulated by increasing human population in deltic areas and floodplains. The Cuvelai-Etosha Basin (CEB) in southern Africa, covering southern Angola and northern Namibia, experiences socially and economically devastating extreme floods. Yet, accurate information on past and current surface water changes and dynamics is lacking. Here, we estimate and map the surface water extents in the CEB and its surroundings (CEB + S) for 32 years (1990–2021) from Landsat data using random forest models to provide long-term baseline information on surface water changes and dynamics. Based on the reference data, a total of 15,677 ± 1080 km2 have been inundated by surface water in the CEB + S during 1990–2021. This extent was accurately mapped by our local water extent product (mapped area = 16,273 km2, user’s accuracy = 91.5 ± 2.5%, producer’s accuracy = 91.1 ± 6%). With user’s and producer’s accuracy of 91%, our overall water extent provides the first most accurate long-term baseline information on surface water inundation in CEB + S necessary for local spatial planning processes to minimise future negative impacts of floods in the basin. Interannual variability of surface water extent is, however, high, with water extent ranging from 520.8 ± 375.7 km2 to 12372.3 ± 1154.7 km2 during the 1990–2021 period. The largest annual water extents (>10,000 km2) were recorded in 2006, 2008, 2009, 2011, and 2017, whereas the smallest extents (<1000 km2) were recorded in 1992 and 2019. We found that over 40% of the area inundated in the CEB + S during 1990–2021 was inundated less than 9 times. With human population increasing rapidly in the CEB + S, rarely inundated areas with short water residence could become a prime target for human settlements, which may lead to huge socio-economic damages during extreme floods if no preventive measures are put in place. Globally available surface water maps from the Global Land Analysis and Discovery (GLAD) and European Commission’s Joint Research Centre (JRC) did not provide realistic surface water extent for CEB + S, especially during years with extreme floods. Therefore, locally adopted product for operational monitoring of surface water in the CEB + S is needed to provide accurate information for informing spatial planning processes and surface water resource management strategies in this endorheic basin and help minimise future negative impacts of floods

Evaluating the performance and procedural effectiveness of Namibia's Environmental Impact Assessment system

Environmental Impact Assessment (EIA) in Namibia was formally introduced in 2007. However, little EIA related research has been undertaken and the system has not been formally reviewed. This paper evaluates the performance and effectiveness of the EIA system in Namibia. The criteria used for the evaluation were obtained from several sources in the literature and based on legal, administrative, and procedural frameworks. Data were collected through literature review, document analysis, and semi-structured interviews. The study revealed that Namibia has a functional EIA system based on fairly good legislation, institutional arrangements and a well outlined EIA process. Analysis of the legislation and administrative frameworks nevertheless highlighted several weaknesses including a lack of coherence in the legislation and poor implementation. Further weaknesses included a lack of monitoring and enforcement capacity, weak communication and information sharing, inadequate financial and human resources, and inappropriate public consultation approaches. It was found that EIA is slowly being accepted in Namibia and it has a preventative effect on proposed developments. The study recommends an urgent need to complete the ongoing legislative reform to close existing gaps and to improve the performance of the EIA system