Isotopengeochemische Studien zur klimatischen Ausprägung der Jüngeren Dryas in terrestrischen Archiven Eurasiens

In dieser Arbeit wurde die Umwelt- und Klimaentwicklung während des Spätglazials von ca. 15.000 - 10.000 Jahren BP in drei verschiedenen Regionen durch Analysen der lakustrinen Sedimentprofile des Meerfelder Maares, des Sacrower Sees und des Sihailongwan Maares untersucht. In zeitlich hoher Auflösung wurden geochemische und isotopische Parameter im Rahmen eines Multi-Proxie-Ansatzes bestimmt. Dabei wurden stabile Isotopenverhältnisse von organischem Kohlenstoff, Stickstoff und Sauerstoff sowie die Elementgehalte von organischem Kohlenstoff und Stickstoff ermittelt. Es konnte nachgewiesen werden, dass die spätglazialen Chronozonen des Bølling / Allerød, der Jüngeren Dryas und des Präboreals in den drei Untersuchungsräumen Westeifel (Meerfelder Maar), Brandenburg (Sacrower See) und Nordostchina (Sihailongwan Maar) gleichermaßen dokumentiert sind. Insbesondere die Jüngere Dryas ist in allen drei Archiven als Zeitabschnitt einer deutlichen Abkühlung charakterisiert. Zudem lassen sich für alle Archive erhöhte allochthone Sedimentbeiträge während der Jüngeren Dryas nachweisen, die auf eine lichtere Vegetationsbedeckung und vermutlich das Auftreten von Permafrost oder zumindest von im Winter gefrorenen Böden aufgrund extrem kalter Winter zurückzuführen sind. In dieser Arbeit wurde gezeigt, dass sich Sauerstoffisotopenverhältnisse besonders gut für die Rekonstruktion von Klimabedingungen in der Vergangenheit eignen, da sie direkt von klimatischen Steuergrößen abhängig sind. Zurückhaltend zu betrachtende Temperaturrekonstruktionen lassen eine Absenkung der gewichteten Jahresmitteltemperaturen während der Jüngeren Dryas in Mitteleuropa in der Größenordnung von ca. 4,5 - 6,5 °C vermuten. Aufgrund der Lage des Sihailongwan Maares im Grenzbereich des Ostasiatischen Monsunsystems und der randtropisch-außertropischen Westwinddrift konnte für diesen Raum keine Abschätzung von Temperaturveränderungen vorgenommen werden. Die Anwendung einer eigens optimierten Schwerezentrifugation zur Separation von Diatomeenvalven in Verbindung mit der "Online-Kopplung" der iHTR-Einheit an ein IRMS ermöglicht die Erstellung zeitlich hochaufgelöster d18OSiO2-Datensätze für künftige Studien. Die untersuchten Proxie-Parameter reagieren unterschiedlich schnell auf Variationen bzw. Veränderungen externer klimatischer Steuergrößen. Damit wurde verdeutlicht, dass eine Ableitung vergangener Umweltverhältnisse anhand von lakustrinen Sedimentarchiven nur auf der Basis eines Multi-Proxie-Ansatzes unter Berücksichtigung möglichst vielfältiger unterschiedlicher Variablen zuverlässig erfolgen kann. Durch einen detaillierten Vergleich der einzelnen Archive konnte gezeigt werden, dass die zeitliche Einordnung und Dauer der Jüngeren Dryas auf der West- und Ostseite des Eurasischen Kontinents im Rahmen der Datierungsgenauigkeit der jeweiligen Alters-Tiefen-Modelle mit ca. 12.650 - 11.600 Jahren BP keinen Unterschied aufweisen. Im Zusammenhang mit einer abgeleiteten starken Erhöhung der Saisonalität aufgrund extrem kalter Winter und relativ milder Sommer kann dies am besten durch eine ausgedehnte Wintereisbedeckung auf dem Nordatlantik während der Jüngeren Dryas erklärt werden. Dadurch kam es zu "sibirischen Winterverhältnissen" in Mitteleuropa und einer südwärtigen Verschiebung bzw. Neuorganisation atmosphärischer Zirkulationsmuster. Auf diese Art konnte das Signal des Klimaumschwungs vom wahrscheinlichen Ursprungsort im Nordatlantik mit wenig oder keiner Zeitverzögerung in weit entfernte Gebiete wie die ostasiatische Monsunregion fortgepflanzt werden. Die Wintereisbedeckung liefert gleichzeitig auch eine schlüssige Erklärung dafür, dass die Signale der Proxie-Parameter zu Beginn und Ende der Jüngeren Dryas in nordatlantisch geprägten Archiven abrupter reagieren als in Archiven, die vom Asiatischen Monsun geprägt sind. Die vorliegende Arbeit unterstreicht das große Potenzial lakustriner Sedimentarchive und isotopengeochemischer Methoden für eine verlässliche und zeitlich hochaufgelöste Rekonstruktion vergangener Klima- und Umweltbedingungen

Monitoring and Quantification of Floating Biomass on Tropical Water Bodies. GI_Forum 2014 – Geospatial Innovation for Society|

Water hyacinth, or Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, is an invasive and free floating water plant, native to South America that has often been marked as one of the world’s worst invasive aquatic species. It grows into large dense vegetable carpets that block sun energy transmission into shallow waters or even the lake bottom. This study focuses on two different water bodies in the tropical/subtropical zone, where water hyacinth infestation is already an issue. A parallel research approach was chosen in order to compare regional results with regards to operability and suitability of the chosen method. The first area studied is the southeastern area of the Inle Lake in Central Myanmar, and the second region is the Winam Gulf on Lake Victoria in Kenya. The Winam Gulf has been clogged by Eichhornia crassipes for decades, in contrast to a few reports about Water hyacinth infestation on the Inle lake waters. As in many other countries in the tropics, the current local monitoring and control measures of invasive aquatic vegetation in Myanmar and Kenya mostly rely on simple observations and mechanical methods. The monitoring and quantification of spatialtemporal variation of floating vegetation using satellite images has been tested in many approaches as being useful for analysing the spatial extent and temporal abundance of the macrophytes on tropical water bodies (SCHOUTEN 1999 et al., ALBRIGHT 2004 et al., NASA 2007, LANEVE 2010 et al., WINSTANLEY 2011 et al. ). The objective of the presented study was to test a multi-sensor approach, combining several remote sensing methods at two different locations, with particular ecological and land use systems, in order to detect and monitor floating biomass, and assess the abundance and quantity of Eichhornia crassipes and similar floating macrophytes using MERIS, MODIS and Landsat 7-ETM imagery. The successful multi sensor approach resulted in temporal spatial patterns of floating biomass, enabling transformable quantifications for the detected floating biomass. The quantified and harvestable biomass can be used further as a permanent source of bioenergy, or a resource for a chemical process named Hydrothermal Carbonization (HTC), converting biomass into an alternative energy source (hydrochar) or into solid or liquid fertilizer (LIBRA et al. 2011)

Monitoring and Quantification of Floating Biomass on Tropical Water Bodies. GI_Forum 2014 – Geospatial Innovation for Society|

Water hyacinth, or Eichhornia crassipes (Mart.) Solms, is an invasive and free floating water plant, native to South America that has often been marked as one of the world’s worst invasive aquatic species. It grows into large dense vegetable carpets that block sun energy transmission into shallow waters or even the lake bottom. This study focuses on two different water bodies in the tropical/subtropical zone, where water hyacinth infestation is already an issue. A parallel research approach was chosen in order to compare regional results with regards to operability and suitability of the chosen method. The first area studied is the southeastern area of the Inle Lake in Central Myanmar, and the second region is the Winam Gulf on Lake Victoria in Kenya. The Winam Gulf has been clogged by Eichhornia crassipes for decades, in contrast to a few reports about Water hyacinth infestation on the Inle lake waters. As in many other countries in the tropics, the current local monitoring and control measures of invasive aquatic vegetation in Myanmar and Kenya mostly rely on simple observations and mechanical methods. The monitoring and quantification of spatialtemporal variation of floating vegetation using satellite images has been tested in many approaches as being useful for analysing the spatial extent and temporal abundance of the macrophytes on tropical water bodies (SCHOUTEN 1999 et al., ALBRIGHT 2004 et al., NASA 2007, LANEVE 2010 et al., WINSTANLEY 2011 et al. ). The objective of the presented study was to test a multi-sensor approach, combining several remote sensing methods at two different locations, with particular ecological and land use systems, in order to detect and monitor floating biomass, and assess the abundance and quantity of Eichhornia crassipes and similar floating macrophytes using MERIS, MODIS and Landsat 7-ETM imagery. The successful multi sensor approach resulted in temporal spatial patterns of floating biomass, enabling transformable quantifications for the detected floating biomass. The quantified and harvestable biomass can be used further as a permanent source of bioenergy, or a resource for a chemical process named Hydrothermal Carbonization (HTC), converting biomass into an alternative energy source (hydrochar) or into solid or liquid fertilizer (LIBRA et al. 2011)

Controls on the seasonal and interannual dynamics of organic matter carbon isotopes in mesotrophic Lake Holzmaar, Germany

We investigated the particulate organic matter (POM) flux and its stable carbon isotope composition in response to changes in phytoplankton primary production and abiotic environmental affects in mesotrophic Lake Holzmaar. POM fluxes were determined by sediment traps emptied biweekly from 1995 to 2004. Water chemical measurements and meteorological observations were done concurrently. POM fluxes within and directly below the lake's epilimnion were relatively low during winter (<0.5 g m(-2) d(-1)) and increased to 1.0-1.5 g m(-2) d(-1) during summer months because of enlarged phytoplankton production. In contrast, in the lake's hypolimnion a much higher POM flux was observed during winter as result of resuspension of particulate material from the lake's bottom. C:N (weight, total organic carbon : total nitrogen) ratios of settling organic matter vary around 8 at all three depths, indicating a predominant phytoplankton origin of POM. The annual epilimnic POM flux correlates with the epilimnic phosphate concentration early in the seasonal cycle, indicating that the supply of phosphate is the major control on the amount of algal biomass. A recurrent annual oscillation of the stable carbon isotope composition of POM with low delta C-13 values during winter and more positive values during summer is interpreted as the result of phytoplankton primary production. A close delta C-13(POM)-POM flux relationship was observed, testifying to the primary dependence of delta C-13(POM) on lacustrine primary production. Contrary to POM flux, the epilimnic delta C-13(POM) signal is transferred to the lakes bottom notwithstanding sediment resuspension and microbial alteration. Our results demonstrate that sedimentary stable carbon isotopes are a valuable proxy for lacustrine paleo-productivity in Lake Holzmaar