The Holsteinian interglacial (MIS 11c) as a palaeoclimatic analogue to the Holocene : comparison of climate and ecosystem variability

Owing to long-term similarities with regard to orbital climate forcing (i.e., low eccentricity and a dampened influence of precession), Marine Isotope Stage (MIS) 11 represents one of the closest astronomical analogues for present and future climate. Hence, insights into the climate variability of MIS 11 can contribute to a better understanding of the climatic evolution of the present (Holocene) interglacial as it would occur without human interference. In order to elucidate the natural climate variability during MIS 11, this study examines predominantly annually laminated lake sediments of Holsteinian age from Dethlingen, northern Germany. The Holsteinian interglacial is widely accepted to be the terrestrial equivalent of MIS 11c in central Europe and can be biostratigraphically correlated with the Hoxnian, Mazovian and Praclaux interglacials on the British Isles, in Poland and in France, respectively. These correlations yield the potential to cross-check the results from individual sites on a regional scale. This study is based on a multi-proxy approach including palynological, micropaleontological, sedimentological, geochemical and time series analyses within a wellconstrained chronological framework that has been established through varve counting and regional bio-stratigraphic correlations with other annually laminated archives of Holsteinian age. In particular, the here-presented study aims at (i) fingerprinting the long-term (centennial- to millennial-scale) and short-term (sub-decadal- to decadal-scale) climate variability during the Holsteinian interglacial, (ii) deciphering the nature, tempo and trigger mechanisms of abrupt climate change under interglacial boundary conditions, and (iii) assessing its impact on terrestrial ecosystems. With regard to long-term climate variability, the vegetation succession at Dethlingen as inferred from pollen data provides insights into the mesocratic to telocratic forest phases of a glacial-interglacial cycle spanning ~11500 (± 1000) years of the 15-16-ka-long Holsteinian interglacial. The development of temperate mixed forests suggests a general prevalence of mild climatic conditions during the Holsteinian. The older parts of the interglacial are characterised by the strong presence of boreal tree taxa (e.g., Picea), whereas the younger parts of the interglacial are marked by the expansion of sub-Atlantic to Atlantic forest elements (e.g., Abies, Buxus, Ilex, Quercus) and the decline of boreal tree taxa. This vegetation succession suggests a general warming trend and decreasing seasonality over the course of the Holsteinian interglacial. Based on the maximum pollen abundances of indicator tree taxa (e.g., Buxus and Quercus), peak warmth was reached during the later stages of the interglacial; it was accompanied by high humidity. The forest succession of the Holsteinian interglacial was punctuated by abrupt and gradual changes in the abundances of temperate plant taxa. These vegetation changes indicate considerable intra-interglacial climate variability. In particular, two marked declines of temperate taxa leading to the transient development of boreal and sub-boreal forests were triggered by centennial-scale climate oscillations, here termed Older and Younger Holsteinian Oscillations (OHO and YHO). These oscillations occurred ~6000 and ~9000 years after the onset of the interglacial pioneer forestation in central Europe, respectively. To assess the impact of abrupt climate change on terrestrial ecosystems during the Holsteinian and to investigate the underlying driving mechanisms, the intervals spanning the OHO and the YHO at Dethlingen were subjected to decadal-scale palynological and sedimentological analyses. Based on these data, the OHO comprises a 90-year-long decline of temperate taxa associated with expansion of Pinus and non-arboreal pollen, and a subsequent 130-year-long recovery of temperate taxa marked by the pioneer expansion of Betula and Alnus. Owing to its highly characteristic imprint on vegetation dynamics, the OHO can be identified in pollen records from the central European lowlands north of 50º latitude, from the British Isles to Poland. A close inspection of individual pollen records from that region reveals the prevalence of colder winters during the OHO, with a gradient of decreasing temperature and moisture availability, and increased continentality towards eastern Europe. This climate pattern points to a weakened influence of the westerlies and/or stronger influence of the Siberian High connected to the OHO. The vegetation dynamics during the YHO are characterised by a decline of temperate taxa (particularly of Carpinus) and the expansion of pioneer trees (mainly Betula). In contrast to the OHO, frost-sensitive taxa (e.g., Ilex, Buxus and Hedera) continued to thrive. This suggests that mean winter temperatures remained relatively high (>0 ºC) during the YHO pointing to a decrease of summer warmth related to the climatic deterioration. The YHO, which has a duration on the order of 300 years, is centered within a long-term (~1500-year) decline and subsequent, millennial-scale recovery of temperate taxa. Because the impact of the OHO and the YHO on the vegetation at Dethlingen was markedly different, both short-term climate oscillations may have been caused by different trigger mechanisms. For the OHO, the inferred regional-scale winter cooling over central Europe lasting for several decades points to a decrease in ocean heat transport, most likely related to a transient slowdown in North Atlantic Deep Water formation. This view is supported by the strong resemblance of the OHO to the 8.2 ka event of the Holocene with regard to the duration, imprint on terrestrial ecosystems, spatial pattern of the climatic impact, timing within the respective interglacial, and prevailing interglacial boundary conditions. In contrast, the presence of frost-sensitive taxa during the YHO appears to exclude a reduction in oceanic heat transport as postulated for the OHO. Instead, the long-lasting, gradual changes in the abundances of temperate taxa suggest a connection to orbital forcing, with the triggering mechanism causing the centennial-scale vegetation setback itself remaining unclear. The characteristics of short-term climate variability were investigated based on microfacies and time series analyses of a ~3200-year-long, annually laminated window of the Dethlingen record. The annual laminations at Dethlingen comprise biogenic varves consisting of two discrete sub-layers. The light layers, which are controlled by the intensity of diatoms blooms during spring/summer, reflect changes in the productivity of the Dethlingen palaeolake. In contrast, the dark layers, which consist predominantly of amorphous organic matter and fragmented diatom frustules, represent sediment deposition during autumn/winter. Spectral analyses of the thicknesses of the light and dark layers have revealed several peaks exceeding the 95% and 99% confidence levels that are near-identical to those known from modern instrumental data and Holocene records. Decadal-scale signals at periods of 90, 25, and 10.5 years are likely associated with the 88-, 22- and 11-year solar cycles; hence, solar activity appears to have been a forcing agent in productivity changes of the Dethlingen palaeolake. Sub-decadal-scale signals at periods between 3 and 5 years and ~6 years may reflect an influence of the El Niño-Southern Oscillation (ENSO) and the North Atlantic Oscillation (NAO) on varve formation during winter.Das marine Isotopenstadium (MIS) 11 stellt eine der besten astronomischen Analogien für das MIS 1 (Holozän) dar, da die Konstellation der orbitalen Parameter (geringe Exzentrizität und reduzierter Einfluss der Präzession) sich während beider Isotopenstadien stark ähnelt. Damit kann die Untersuchung der Klimavariabilität während MIS 11 dazu beitragen, die Klimaentwicklung des gegenwärtigen Holozän-Interglazials ohne eine anthropogene Beeinflussung besser abzuschätzen. Um tiefere Einblicke in die natürliche Klimavariabilität während MIS 11 zu erhalten, wurden in der vorliegenden Arbeit annual laminierte Seesedimente aus dem Holstein-Interglazial von Dethlingen (Norddeutschland) untersucht. Das Holstein-Interglazial wird allgemein als terrestrisches Äquivalent zu MIS 11c in Mitteleuropa angesehen und kann biostratigraphisch mit dem Hoxnian-Interglazial der Britischen Inseln, dem Masowien-Interglazial Polens und dem Praclaux-Interglazial in Frankreich korreliert werden. Auf der Basis dieser Korrelationen ist ein Vergleich der Vegetations- und Klimadynamik in überregionalem Maßstab möglich. Die vorliegende Arbeit basiert auf einem breiten methodischen Ansatz, der palynologische, mikropaläontologische, sedimentologische und geochemische Analysen sowie Zeitreihenanalysen umfasst. Die Arbeit zielt insbesondere auf (i) die genaue Erfassung der langfristigen (jahrhundert- bis jahrtausend-skaligen) und kurzfristigen (subdekadisch- bis dekadisch-skaligen) Klimavariabilität während des Holstein-Interglazials, (ii) die Ermittlung der Charakteristika und Geschwindigkeit eines abrupten Klimawechsels sowie der ihm zu Grunde liegenden Auslösemechanismen und (iii) das Abschätzen des Einflusses dieses abrupten Klimawechsels auf terrestrische Ökosysteme. In Bezug auf die langfristige Klimavariabilität erlauben die palynologischen Ergebnisse Einblicke in die holsteinzeitliche Vegetationsabfolge von der mesokratischen bis zur telokratischen Waldphase; die untersuchte Abfolge umfasst ~11,5 ka des 15-16 ka dauernden Holstein-Interglazials. Die palynologischen Befunde belegen die Entwicklung eines gemäßigten Mischwaldes in der Umgebung von Dethlingen. Die älteren Abschnitte des Interglazials werden durch eine starke Präsenz borealer Baumtaxa (z.B. Picea) charakterisiert, während die jüngeren Abschnitte durch Expansion subatlantischer bis atlantischer Waldelemente (z.B. Abies, Buxus, Ilex, Quercus) gekennzeichnet sind. Diese Vegetationsentwicklung legt einen generellen Erwärmungstrend und eine abnehmende Saisonalität während des Holstein-Interglazials nahe. Die Maximalhäufigkeiten von Buxus- und Quercus-Pollen während späterer Stadien des Interglazials weisen darauf hin, dass zu dieser Zeit die wärmsten Bedingungen (bei gleichzeitig hoher Humidität) erreicht wurden. Diese Beobachtung unterstützt eine Korrelation des Holstein-Interglazials mit MIS 11, da während dieses Isotopenstadiums im Gegensatz zu MIS 9 eine maximale Erwärmung im jüngeren Abschnitt des Interglazials auftritt. Basierend auf der Konstellation orbitaler Parameter und vorhandener Daten zum atlantischen Wärmetransport, welcher die Vegetationsdynamik in Mitteleuropa stark beeinflusst, wird die 15-16 ka andauernde Ausbildung von Wäldern während des Holstein-Interglazials in Mitteleuropa dem ~30 ka langen MIS 11c zugeordnet; dabei fällt die Waldphase in Mitteleuropa sehr wahrscheinlich in die zweite Hälfte von MIS 11c, also zwischen 415 und 397 ka BP. Für diese Einordnung sprechen drei Argumente: Erstens breiteten sich die borealen Pionierwälder höchstwahrscheinlich auf Grund der Verstärkung des ozeanischen Wärmetransports in den Nordatlantik nach 415 ka BP aus. Zweitens besteht mit großer Wahrscheinlichkeit eine Verbindung zwischen der maximalen Ausbreitung gemäßigter Wälder und dem Maximum der Sommer-Insolation in der nördlichen Hemisphäre während MIS 11c bei ~408 ka BP; für diese Zeit zeigen publizierte Daten eine maximale Advektion warmer Meeresoberflächenwässer in den polaren Nordatlantik, ein Minimum im globalen Eisvolumen und zugleich ein Temperatur-Maximum in der Antarktis. Drittens sollte der Rückgang gemäßigter Wälder in Mitteleuropa nach 401 ka BP, d.h. im Anschluss an den Rückgang der Oberflächenwassertemperatur im Nordatlantik stattgefunden haben, während der Übergang zu glazialen Bedingungen mit dem Insolationsminimum bei ~387 ka BP assoziiert war. Die Waldentwicklung während des Holstein-Interglazials war sowohl durch abrupte als auch durch graduelle Änderungen in den Häufigkeiten gemäßigter Pflanzentaxa gekennzeichnet. Diese Vegetationsänderungen weisen auf eine ausgeprägte Klimavariabilität innerhalb des Interglazials hin. Zwei deutliche Rückgänge gemäßigter Taxa, welche die Entwicklung borealer und subborealer Wälder zur Folge hatten, wurden durch jahrhundertskalige Klima-Oszillationen ausgelöst; sie werden im Folgenden als Ältere („Older“) und Jüngere („Younger“) Holstein-Oszillation (OHO bzw. YHO) bezeichnet. Diese Oszillationen ereigneten sich ~6000 bzw. ~9000 Jahre nach dem Einsetzen der interglazialen Bewaldung durch Pionier-Baumarten in Mitteleuropa. Basierend auf der Warvenchronologie für das Dethlingen-Profil und der Annahme, dass die Expansion der Wälder des Holstein-Interglazials in Mitteleuropa während der zweiten Hälfte von MIS 11c stattfand, kann der OHO ein Alter von ~408 und der YHO ein Alter von ~405 ka BP zugeordnet werden. Um den Einfluss der OHO und der YHO auf terrestrische Ökosysteme währen des Holstein-Interglazials zu erfassen und die zu Grunde liegenden Antriebsmechanismen zu entschlüsseln, wurden diese kritischen Intervalle hochauflösend (dekadisch-skalig) palynologisch und sedimentologisch analysiert. Die Ergebnisse zeigen, dass die OHO mit einem ausgeprägten, 90 Jahre andauernden Rückgang gemäßigter Taxa und einer gleichzeitigen Ausbreitung von Pinus sowie Gräsern und Kräutern beginnt. Eine darauf folgende, 130 Jahre andauernde Regeneration gemäßigter Taxa wurde durch die Expansion von Pioniergehölzen (Betula, Alnus) eingeleitet. Auf Grund ihres charakteristischen Einflusses auf die jeweilige Vegetationsdynamik kann die OHO in Pollendatensätzen aus Flachlandgebieten Mitteleuropas nördlich des 50. Breitengrades von den Britischen Inseln bis nach Polen identifiziert werden. Die Auswertung aller verfügbaren palynologischen Datensätze aus dieser Region zeigt das Vorherrschen kälterer Winter während der OHO, mit graduell abnehmender Temperatur und Humidität und erhöhter Kontinentalität in Richtung Osteuropa. Dieses räumliche Muster deutet auf einen schwächeren Einfluss der Westwinde und/oder einen stärkeren Einfluss des Sibirischen Hochs in Verbindung mit der OHO hin. In Pollendatensätzen aus den Mittelgebirgen zwischen 45° und 50° nördlicher Breite kann der Einfluss der OHO nicht zweifelsfrei nachgewiesen werden. Die Gründe hierfür bleiben unklar. Möglicher Weise war hier der klimatische Einfluss der OHO auf die Vegetation geringer bzw. blieb innerhalb der klimatischen Toleranz der dortigen Vegetation. Weiter erscheint denkbar, dass eine im Vergleich zum Flachland andersartige Reaktion der Mittelgebirgsvegetation aus höheren Niederschlägen resultierte, die durch eine Südverschiebung der Westwinddrift verursacht wurden. Ein solcher Humiditätsanstieg könnte das Wachstum montaner Baumarten wie z.B. Abies, dem dominanten Baumtaxon im alpinen Holstein, gefördert haben; Abies besitzt unter Klimabedingungen mit hohen Sommerniederschlägen und niedrigeren Wintertemperaturen einen Wettbewerbsvorteil. Die Vegetationsdynamik während der YHO wird durch einen Rückgang gemäßigter Taxa (besonders Carpinus) und der Ausbreitung von Baumpionieren (vor allem Betula) charakterisiert. Im Gegensatz zur OHO treten frostempfindliche Taxa (z.B. Ilex, Buxus und Hedera) auch während der Oszillation, was darauf hin deutet, dass die mittleren Wintertemperaturen während der YHO nicht oder nur wenig unter 0 ºC absanken. Deshalb erscheint es plausibel, dass ein Mangel an Sommerwärme für den Vegetationsrückschlag während der YHO verantwortlich gewesen sein könnte. Da die YHO bislang nur in wenigen Pollenprofilen nachgewiesen wurde, ist ihre räumliche Ausdehnung bisher nur unzureichend bekannt. Allerdings erscheint es möglich, dass der Einfluss der YHO auf die Vegetation Mitteleuropas bisher auf Grund des Vorherrschens frost-sensitiver Baumtaxa übersehen wurde. Daher erscheint es notwendig, die verfügbaren Pollendatensätze aus Mitteleuropa auf Änderungen in den Häufigkeiten gemäßigter und auf warme Sommer angewiesener Taxa auszuwerten. Die YHO liegt inmitten eines graduellen, ca. ~1500 Jahre anhaltenden Rückgangs und einer nachfolgender Erholung gemäßigter Taxa. Eventuell korreliert dieser längerfristige Rückgang und Wiederanstieg mit einer in der Literatur dokumentierten längerfristigen Fluktuation der Oberflächenwassertemperaturen im Nordatlantik um ~405 ka BP, wobei diese Korrelationen allerdings durch den Mangel an belastbaren Chronologien erschwert werden. Da sich die Einflüsse von OHO und YHO auf die Vegetation deutlich voneinander unterscheiden, wurden diese Klima-Oszillationen vermutlich durch unterschiedliche Auslösemechanismen verursacht. Die mit der OHO einher gehende und Jahrzehnte anhaltende Abkühlung der mittleren Wintertemperatur in Mitteleuropa deutet auf einen reduzierten ozeanischen Wärmetransport hin, der mit einem kurzfristigen Rückgang der Bildung des nordatlantischen Tiefenwassers im Zusammenhang stehen könnte. DieseHypothese wird durch die starke Ähnlichkeit der OHO mit dem 8.2-ka-Ereignis des Holozäns unterstützt. Weit gehende Übereinstimmungen zwischen beiden Ereignissen bestehen bezüglich der jeweiligen Dauer, der Auswirkung auf terrestrische Ökosysteme, des räumlichen Musters des Klimaeinflusses, des Auftrittszeitpunkts innerhalb des jeweiligen Interglazials und der interglazialen Rahmenbedingungen. Demnach wäre eine durch Schmelzwasser verursachte Abschwächung der Tiefenwasserbildung ein klimatreibender Faktor, der häufiger als bislang angenommen auch unter interglazialen Bedingungen auftritt. solche Klimarückschläge scheinen unter interglazialen Bedingungen bevorzugt dann aufzutreten, wenn die Zunahme der Sommer-Insolation am Ende des vorherigen Glazials langsam und gering ist und somit einen Fortbestand der großen kontinentalen Eisschilde bis weit in das Interglazial ermöglicht. Im Gegensatz dazu widerspricht die Präsenz frostempfindlicher Taxa während der YHO einer vorübergehenden Reduzierung des ozeanischen Wärmetransports, wie er für die OHO postuliert wird. Die YHO liegt am Ende eines langfristigen, graduellen Rückgangs gemäßigter Baumtaxa, der vermutlich die Reaktion der Vegetation auf orbitale Einflüsse widerspiegelt, vor allem auf einen Rückgang der Sommer-Insolation während jüngerer Phasen von MIS 11c. Während des orbital gesteuerten und somit graduellen Rückgangs der Sommer-Insolation wurde vermutlich ein kritischer Schwellenwert überschritten und dadurch die vergleichsweise abrupte YHO ausgelöst. Allerdings ist der Anstieg gemäßigter Taxa nach der YHO nicht mit der weiterhin sinkenden Sommer-Insolation kompatibel. Dies bedeutet, dass unterschiedliche Mechanismen für den langfristigen Rückgang vor und die folgende Erholung gemäßigter Taxa nach der YHO verantwortlich sein dürften. Die Charakteristika kurzfristiger Klimavariabilität wurden an Hand von Mikrofazies- und Zeitreihenanalysen eines ~3200 Jahre umfassenden, jahreszeitlich geschichteten Abschnitts im Profil von Dethlingen untersucht. Die Jahreszeitenschichtung beruht auf biogenen Warven, die aus zwei unterschiedlichen Teillagen bestehen. Die Zusammensetzung und Mächtigkeit der hellen Lagen wird hauptsächlich durch den jährlichen Zyklus der Diatomeenblüte bestimmt. Diese werden durch Taxa der Gattungen Stephanodiscus, Ulnaria und Aulacoseira dominiert. Die dunklen Lagen bestehen primär aus amorphem organischem Material mit Fragmenten von Diatomeen-Frusteln. Aufgearbeitete periphytische Diatomeen, Pflanzenreste, Nadeln von Süßwasserschwämmen der Litoralzone und Goldalgenzysten sind häufig. Die dunklen Lagen enthalten oft geringe Konzentrationen von Tonpartikeln, welche in den hellen Lagen fast völlig fehlen. Die Abfolge und Charakteristika der einzelnen Warvenlagen indizieren, dass die Diatomeenlagen während des Frühlings/Sommers abgelagert wurden und Änderungen in der Produktivität des Paläosees von Dethlingen reflektieren, während die aus organischem Material und Detritus bestehenden dunklen Lagen während des Herbsts/Winters gebildet wurden. Spektralanalysen der Dicke der hellen und dunklen Lagen zeigen mehrere, die 95%- und 99%-Verlässlichkeitsstufen übersteigende Signale, die mit denjenigen, die aus modernen Messdaten und holozänen Datensätzen bekannt sind, nahezu identisch sind. Dekadischskalige Signale mit einer Periodizität von 90, 25 und 10,5 Jahren stehen vermutlich im Zusammenhang mit den 88, 22 und 11 Jahre umfassenden solaren Zyklen; dementsprechend scheint die Sonnenaktivität einer der Auslöser für die Produktivitäts-Änderungen im Paläosee von Dethlingen gewesen zu sein. Subdekadisch-skalige Signale mit einer Periodizität von 3-5 und ~6 Jahren reflektieren vermutlich den Einfluss der „El Niño-Southern Oscillation“ (ENSO) und der „Nordatlantischen Oszillation“ (NAO) auf die winterliche Lagenbildung. Im Licht dieser Ergebnisse ist die Vergleichbarkeit der klimatreibenden Faktoren während der Holstein- und Holozän-Interglaziale nicht auf die bereits etablierte Analogie bezüglich der langfristigen astronomischen Konstellation beschränkt, sondern erstreckt sich auch auf kurze (subdekadische bis dekadische) Zeitskalen. Somit sollten bei Modellierungen zukünftiger Klimaszenarios, denen die MIS-11/MIS-1-Analogie zugrunde liegt, auch auf kurzfristigen Skalen agierende Klimafaktoren berücksichtigt werden

Exceptional Agulhas leakage prolonged interglacial warmth during MIS 11c in Europe

The transport of warm and saline surface water from the Indo-Pacific Ocean into the South Atlantic ("Agulhas leakage") influences the Atlantic Meridional Overturning Circulation (AMOC), which in turn exerts control on European climate. Paleoceanographic data document a remarkably strong Agulhas leakage at the end of marine isotope stage (MIS) 11c interglacial (~400 ka B.P.), which is one of the best orbital analogues for the Holocene. Here we assess the potential influence of this exceptional Agulhas leakage on North Atlantic climate based on a compilation of marine and terrestrial proxy records from the Iberian margin and continental Europe. We show that a ~5 ka long warm period persisted across Europe beyond the MIS 11c climatic optimum. This warm period is testified by increases in foraminifer-derived sea surface temperatures on the Iberian margin, a spread of temperate trees on Iberia, and the expansion both of evergreen trees and thermophilous diatom taxa in Central European lowlands. Paradoxically, this warming coincides with an insolation minimum, implying that orbital forcing can be excluded as the underlying cause. We conclude that persistent warmth during weak insolation at the end of MIS 11c in Europe may have been triggered by strengthened Agulhas leakage, which stimulated a vigorous AMOC and increased the northward transport of warm surface waters to higher latitudes via the North Atlantic Current. The close analogy of the present and MIS 11c orbital forcing underlines the possibility that the present-day increase of the Agulhas leakage, although driven by different forcing than MIS 11c, may considerably affect future climates across Europe

Climate variability in SE Europe since 1450 AD based on a varved sediment record from Etoliko Lagoon (Western Greece)

To achieve deeper understanding of climate variability during the last millennium in SE Europe, we report new sedimentological and paleoecological data from Etoliko Lagoon, Western Greece. The record represents the southernmost annually laminated (i.e., varved) archive from the Balkan Peninsula spanning the Little Ice Age, allowing insights into critical time intervals of climate instability such as during the Maunder and Dalton solar minima. After developing a continuous, ca. 500-year-long varve chronology, high-resolution μ–XRF counts, stable-isotope data measured on ostracod shells, palynological (including pollen and dinoflagellate cysts), and diatom data are used to decipher the season-specific climate and ecosystem evolution at Etoliko Lagoon since 1450 AD. Our results show that the Etoliko varve record became more sensitive to climate change from 1740 AD onwards. We attribute this shift to the enhancement of primary productivity within the lagoon, which is documented by an up to threefold increase in varve thickness. This marked change in the lagoon's ecosystem was caused by: (i) increased terrestrial input of nutrients, (ii) a closer connection to the sea and human eutrophication particularly from 1850 AD onwards, and (iii) increasing summer temperatures. Integration of our data with those of previously published paleolake sediment records, tree-ring-based precipitation reconstructions, simulations of atmospheric circulation and instrumental precipitation data suggests that wet conditions in winter prevailed during 1740–1790 AD, whereas dry winters marked the periods 1790–1830 AD (Dalton Minimum) and 1830–1930 AD, the latter being sporadically interrupted by wet winters. This variability in precipitation can be explained by shifts in the large-scale atmospheric circulation patterns over the European continent that affected the Balkan Peninsula (e.g., North Atlantic Oscillation). The transition between dry and wet phases at Etoliko points to longitudinal shifts of the precipitation pattern in the Balkan Peninsula during the Little Ice Age

Vegetation-based moisture shifts in Qaidam Basin (NE Tibetan Plateau) during the Mid-Pleistocene Transition

Abstract HKT-ISTP 2013 B

Chironomid-inferred summer temperature development during the late Rissian glacial, Eemian interglacial and earliest Würmian glacial at Füramoos, southern Germany

Eemian pollen records from central Europe describe a transition from thermophilous tree taxa in the early Eemian to boreal tree taxa in the late Eemian with forest opening in the subsequent stadial. Available summer-temperature reconstructions for the mid- to late Eemian transition show decreasing values during that time. We present a new chironomid record from southern Germany that covers the mid-Eemian to the end of the first Würmian stadial ( c . 125-105 ka) and also parts of the late Rissian glaciation and early Brörup interstadial of the early Würmian glaciation. Based on this record we describe lake development in the former Füramoos palaeolake and quantitatively reconstruct July air temperature during the examined interval. Late Rissian sediments are dominated by two chironomid taxa, Sergentia coracina -type and Micropsectra radialis -type, indicating very cold conditions. Following an uncertain interval, probably including a hiatus at the late Rissian/Eemian transition, mid-Eemian sediments contain Tanytarsus glabrescens -type and Tanytarsus mendax -type suggesting relatively high July air temperatures. During the late Eemian, typically thermophilic taxa such as Tanytarsus glabrescens -type disappear, suggesting decreasing temperatures. Stadial A is associated with increases in Microtendipes pedellus -type suggesting more oligotrophic conditions. Early Brörup sediments contain Tanytarsus glabrescens -type, suggesting a slight increase in July air temperature. Reconstructed July air temperatures show temperatures of 7-8 °C during the late Rissian and a decline from ~15.5-12 °C during the mid- to late Eemian associated with decreasing Northern Hemisphere July insolation. July air temperature values vary between 12 and 14 °C in the late Eemian, while reconstructed temperatures remain within 12-13.5 °C during Stadial A. Our new chironomid-based temperature reconstruction provides valuable corroboration and new quantification of temperature development from the mid-Eemian to the early Brörup interstadial as well as for sections of the late Rissian from the alpine foreland of southern Germany

Link between magnetic susceptibility and environmental changes in Late Pliocene-Quaternary lacustrine sediments of the Qaidam Basin (NE Tibetan Plateau)

Abstract HKT-ISTP 2013 B

Use of orbital cycles to improve magnetostratigraphic dating of drill core SG-1 from the Qaidam Basin (NE Tibetan Plateau) spanning nearly the last ~2.8 Ma

Abstract HKT-ISTP 2013 B

Corrigendum to “Pollen-based paleoenvironmental and paleoclimatic change at Lake Ohrid (south-eastern Europe) during the past 500 ka” published in Biogeosciences, 13, 1423–1437, 2016

In this corrigendum we report an updated pollen record from the Lake Ohrid DEEP site spanning the past 500 ka whereby we have reprocessed and re-analyzed 104 samples affected by chemical procedure problems that occurred in one palynological laboratory. Firstly, these samples were affected by the use of wrong containers, causing in- adequate settling of particles at the set centrifuging speed. Secondly, HCl and HF treatments were combined without the prescribed intermediate centrifuging and decanting steps. The inaccuracy in the protocol resulted in the loss of smaller pollen grains and in the overrepresentation of bisaccate ones in most of the re-analyzed samples. We therefore provide an updated set of figures with the new data and have revised the description of the results, discussion and conclusions re- ported in Sadori et al. (2016) where necessary. We stress that the majority of the original results and conclusions remain valid, while the records’ reliability and resolution have improved as 12 samples that had been omitted in the original study because of low count sums are now included in the revised dataset (Sadori et al., 2018)

IODP Expedition 361 – Southern African Climates and Agulhas LGM Density Profile

IODP Expedition 361 drilled six sites (U1474 – U1479) on the southeast African margin and the Indian-Atlantic ocean gateway from 30 January to 31 March 2016. The sites, situated in the Mozambique Channel, Natal Valley, Agulhas Plateau, and Cape Basin, were targeted to reconstruct the history of the Greater Agulhas Current System over the past ~5 Ma. More specifically, the main objectives of Expedition 361 were: (i) to establish the sensitivity of the Agulhas Current to climate change during the Plio-Pleistocene in association with transient to long-term changes of high-latitude climates, tropical heat budgets, and the monsoon system; (ii) to determine the dynamics of the Indian-Atlantic gateway circulation in association with changing wind fields and migrating ocean fronts; (iii) to examine the connection of the Agulhas leakage and the Atlantic Meridional Overturning Circulation; (iv) to address the influence of the Agulhas Current on African terrestrial climates, notably rainfall patterns and river runoff, and potential links to hominid evolution. Additionally, the expedition set out to fulfill the needs of the Ancillary Project Letter, consisting of high-resolution interstitial water samples aiming at constraining the temperature and salinity profiles of the ocean during the Last Glacial Maximum. In total, 5175 m of core was recovered (average recovery 102 %) from a region poorly represented in the database of drill sites for scientific purposes. Physical property records derived from core-logging of the recovered sequences allowed complete spliced stratigraphic sections to be generated that span the interval of 0 to between ~0.13 and 7 Ma. A high-resolution program of interstitial water samples was carried out at Sites U1474, U1475, U1476, and U1478. The expedition made major strides toward fulfilling the scientific objectives despite of ~11 days of lost operational time due to weather conditions, a medical evacuation, and delays in attaining the necessary permissions to operate in Mozambique exclusive economic zone waters. Site U1474 (3034 meters below sea level [mbsl]), located in the northernmost Natal Valley, consists of eight holes ranging in penetration depth from 3.1 to 254.1 m drilling depth below seafloor (dsf). A total of 910.8 m of sediment was recovered, predominantly consisting of foraminifer-bearing clay with nannofossils. Based on the shipboard bio- and magnetistratigraphic datums, the sedimentary sequence extends back to the late Miocene (~6.2 Ma). This record represents the only site situated beneath the main flow of the fully constituted Agulhas Current and therefore provides the opportunity for high-resolution climate reconstructions of Agulhas Current warm-water transports and upstream variability that may allow the identification of connections between Agulhas leakage and its headwater variability. It also holds significant potential to investigate the connections between southern African terrestrial climates and southeast Indian Ocean heat budgets and the links to the cultural evolution of early modern humans. Site U1475 (2669 mbsl), located on the southwestern flank of the Agulhas Plateau, consists of six holes ranging in penetration depth from 1.5 to 277.0 m dsf. A total of 1015.9 m of sediment was recovered, predominantly consisting of nannofossil ooze. Shipboard bio- and magnetistratigraphic data suggest that the sedimentary sequence extends back to the late Miocene (~7 Ma). This record provides the opportunity for high-resolution climate reconstructions of the Agulhas Return Current and connections with the Sub-Tropical Front, productivity, and deep-water circulation. Site U1476 (2165 mbsl), located at the northern entrance of the Mozambique Channel, consists of five holes ranging in penetration depth from 5.7 to 234.8 m dsf. A total of 873.8 m of sediment was recovered, predominantly consisting of foraminifer-rich nannofossil ooze. The sedimentary sequence extends back to the late Miocene (~6.9 Ma), as inferred from the shiboard bio- and magnetostratigraphic data. The site boasts excellent biostratigraphy and notably cyclic physical properties. It therefore provides the opportunity for high-resolution reconstructions of tropical faunal assemblages, which will allow identification of connections be¬tween Agulhas leakage and its headwater variability. It also holds significant potential to investigate the connections between southern African terrestrial climates and southeast Indian Ocean heat budgets and thermocline and deep-water variability with likely links to the development of the Indonesian Throughflow as well as aridification of east Africa. Because of the excellent preservation of foraminifers, this an ideal site for a long record of surface-ocean pH from boron isotopes. Site U1477 (429 mbsl), located in the western Mozambique Channel east of the Zambezi River delta, consists of three holes ranging in penetration depth from 119.4 to 181.2 m dsf. A total of 490.0 m of sediment was recovered, predominantly consisting of sandy clay with foraminifers and nannofossils. Based on correlations to a nearby 14C dated cores and two biostratigrahic markers, the sedimentary sequence extends back to the Late Pleistocene (~0.13 Ma). The extreme accumulation rate (~1 m/ky) at this site provides the opportunity for exceptionally high resolution reconstructions of terrestrial climate and thermocline characteristics during the last glacial cycle. Site U1478 (488 mbsl), located in the western Mozambique Channel east of the Limpopo River delta, consists of four holes ranging in penetration depth from 216.0 to 248.4 m dsf. A total of 922.1 m of sediment was recovered, predominantly consisting of sand or clayey/sandy silt with foraminifers and nannofossils. The shipboard age-model suggests that the sedimentary sequence extends back to the Pliocene (~4 Ma). This record provides the opportunity for high-resolution climate reconstructions of faunal, biogeochemical, and terrigenous tracers that are characteristic of the upper reaches of the Agulhas Current warm-water transports that will allow connections between Agul¬has leakage and its headwater variability. The site also holds significant potential to investigate the connections between southern African terrestrial climates and southeast Indian Ocean heat budgets, and examine the relationship between such climate variability and early human evolution. Site U1479 (2615 mbsl), located in Cape Basin, consists of nine holes ranging in penetration depth from 1.0 to 300.7 m dsf. A total of 963.1 m of sediment was recovered, predominantly consisting of nannofossil ooze with or without foraminifers. According to the shipboard bio- and magnetostratigraphy-based age model, the sedimentary sequence extends back to the late Miocene (~7 Ma). This record represents the only site situated in the immediate Agulhas leakage pathway. It will therefore provide the opportunity for high-resolution climate reconstructions of the leakage and temporal comparisons with deep-water circulation

Drying of the Qaidam basin and its controlling factors deduced from core SG-1

Abstract HKT-ISTP 2013 B