Between the North Atlantic Oscillation and the Siberian High: A 4000-year snow accumulation history inferred from varved lake sediments in Finland

Clastic-organic varved sediments from the boreal Lake Kalliojärvi, Central Finland, record changes in snow accumulation for more than 4000 years. The varve record was reconstructed using digital image analysis from 4132 varve yr BP to present with 2.2% counting error and is supported by paleomagnetic data. Two laminae are identified in a typical varve structure: (1) the minerogenic lamina, which accumulates during spring as a result of catchment erosion triggered by spring floods and (2) the organic lamina, which is composed of allochthonous and autochthonous organic matter that accumulates during summer, autumn, and winter. The minerogenic influx is related to variations in snow accumulation and follows the different phases of the North Atlantic Oscillation (NAO). Decreased snow accumulation is related to a weakened NAO phase. Thus, the minerogenic influx record provides additional information about NAO variation. The Fe/Mn ratio is related to changes in redox conditions at the lake floor. The oxygen availability in the lake floor depends on the duration of the ice cover during winter. Strengthened Siberian High (SH) causes colder autumn and winter temperatures and therefore leads to extended duration of ice cover. Fe/Mn can be considered as a proxy for SH. The sediment record suggests pronounced, generally positive but strongly fluctuating NAO phase, from ca. 4100 to 3200 varve yr BP. Periods of strengthened SH are observed at 3900–3600, 1900–1500, and 1200–750 varve yr BP. Our study suggests that NAO and SH operate individually, are not clearly linked, and do not entirely block each other.</p

Sediment imprint of the severe 2002 summer flood in the Lehnmühle reservoir, eastern Erzgebirge (Germany)

Anhand von 18 Kurzkernen aus der Talsperre Lehnmühle (Inbetriebnahme 1932) im Osterzgebirge (Deutschland) wurden mittels mikrofaziellen und hochauflösenden μ-XRF Scanning Verfahren Auswirkungen des extremen Augusthochwassers 2002 auf den Sedimenteintrag untersucht. Fast über den gesamten Talsperrenboden hinweg wurde eine für die gesamte Sedimentsequenz einmalig markante detritische Lage detektiert, welche eine Mächtigkeit von 5 mm an der Staumauer bis 33 mm nahe dem Zufluss misst. Die eingetragene Sedimentmenge dieser Lage wird auf ca. 2.400 Tonnen geschätzt, wovon etwa zwei Drittel im südlich-zentralen Teil des Beckens (ca. 32 % der Gesamtfläche) abgelagert wurden, begründet durch die Beckenmorphologie und die Lage zum Zufluss. Feine Silt- und Tonpartikel wurden dagegen vornehmlich weiter in Richtung Staumauer transportiert, forciert durch eine ständige Wasserströmung durch das Staubecken. Eine erhöhte Akkumulation von detritischem Material in einer seitlichen Bucht zeigt, dass Sedimente nicht nur durch den Hauptzufluss eingetragen wurden, sondern ebenfalls durch Oberflächenabfluss in nicht ständig wasserführenden Rinnen um die Talsperre herum. Neben der markanten Lage des Jahres 2002, wurden 22 weitere, mikroskopisch dünne detritische Lagen in den Sedimentkernen nachgewiesen, die meisten im Profundalbereich nahe der Staumauer. Eine Chronologie der detritischen Lagen wurde an drei 137Cs datierten Kernsequenzen erstellt und durch detaillierte Korrelation mittels vier lithologischer Marker auf die übrigen Kerne übertragen. Der Vergleich mit instrumentellen Abflussdaten des Hauptzuflusses zeigt, dass während der letzten drei Jahrzehnte 64 % von insgesamt 22 Hochwasserereignissen mit einem Tagesabfluss > 8 m3s-1 in die Ablagerung von detritischem Material resultierten.researc

Annual proxy data from Lago Grande di Monticchio (southern Italy) between 76 and 112 ka: new chronological constraints and insights on abrupt climatic oscillations

We present new annual sedimentological proxies and sub-annual element scanner data from the Lago Grande di Monticchio (MON) sediment record for the sequence 76–112 thousand years before present (ka). They are combined with the previously published decadal to centennial resolved pollen assemblage in order to provide a comprehensive reconstruction of six major abrupt stadial spells (MON 1–6) in the central Mediterranean during the early phase of the last glaciation. These climatic oscillations are defined by intervals of thicker varves and high Ti-counts and coincide with episodes of forest depletion interpreted as Mediterranean stadial conditions (cold winter/dry summer). Our chronology, labelled as MON-2014, has been updated for the study interval by tephrochronology and repeated and more precise varve counts and is independent from ice-core and speleothem chronologies. The high-resolution Monticchio data then have been compared in detail with the Greenland ice-core δ¹⁸O record (NorthGRIP) and the northern Alps speleothem δ¹⁸O_calcite data (NALPS). Based on visual inspection of major changes in the proxy data, MON 2–6 are suggested to correlate with Greenland stadials (GS) 25–20. MON 1 (Woillard event), the first and shortest cooling spell in the Mediterranean after a long phase of stable interglacial conditions, has no counterpart in the Greenland ice core, but coincides with the lowest isotope values at the end of the gradual decrease in δ¹⁸O_ice in NorthGRIP during the second half of the Greenland interstadial (GI) 25. MON 3 is the least pronounced cold spell and shows gradual transitions, whereas its NorthGRIP counterpart GS 24 is characterized by sharp changes in the isotope records. MON 2 and MON 4 are the longest and most pronounced oscillations in the MON sediments in good agreement with their counterparts identified in the ice and spelethem records. The length of MON 4 (correlating with GS 22) supports the duration of stadial proposed by the NALPS timescales and suggests ca. 500 year longer duration than calculated by the ice-core chronologies GICC05_modelext and AICC2012. Absolute dating of the cold spells provided by the MON-2014 chronology shows good agreement among the MON-2014, the GICC05_modelext and the NALPS timescales for the period between 112 and 100 ka. In contrast, the MON-2014 varve chronology dates the oscillations MON 4 to MON 6 (92–76 ka) as ca. 3500 years older than the most likely corresponding stadials GS 22 to GS 20 by the other chronologies

Spherical silica functionalized by 2-naphthalene methanol luminophores as a phosphorescence sensor

Photoluminescence is known to have huge potential for applications in studying biological systems. In that respect, phosphorescent dye molecules open the possibility to study the local slow solvent dynamics close to hard and soft surfaces and interfaces using the triplet state (TSD: triplet state solvation dynamics). However, for that purpose, probe molecules with efficient phosphorescence features are required with a fixed location on the surface. In this article, a potential TSD probe is presented in the form of a nanocomposite: we synthesize spherical silica particles with 2-naphthalene methanol molecules attached to the surface with a predefined surface density. The synthesis procedure is described in detail, and the obtained materials are characterized employing transmission electron microscopy imaging, Raman, and X-ray photoelectron spectroscopy. Finally, TSD experiments are carried out in order to confirm the phosphorescence properties of the obtained materials and the route to develop phosphorescent sensors at silica surfaces based on the presented results is discussed

Spurenanalyse als Hilfsmittel bei der geochemischen Untersuchung der Genese bolivianischer Sn-Lagerstätten

Die Diskussion der Möglichkeiten und Grenzen der Funkenquellenmassenspektrometrie und Neutronenaktivierungsspektrometrie bei der Analyse von Kassiterit-(Sn02)-Proben hat gezeigt, daß mit Hilfe dieser beiden Methoden routinemäßig 23 Elemente quantitativ bestimmt werden können. Aus dem Verhalten der Elemente W, Ta, Hf, Nb, Zr, Ga, Fe und Sc in Proben der einzelnen Lagerstätten ist zu erkennen, daß diese Elemente zu einer Deutung der Genese der Vorkommen herangezogen werden können. Ta, Hf, Nb und Zr zeigen die höchsten Gehalte in Kassiteriten pegmatitischen Ursprungs. Zinnsteine aus den hydrothermalen subvulkanischen Lagerstätten im Süden Boliviens sind dagegen im allgemeinen arm an diesen Elementen. W, Ga, Fe und Sc zeigen ein antagonistisches Verhalten. Kassiterite aus Pegmatiten, Sn-Graniten und deren Seifen zeigen Hf/Zr-Verhältnisse, die im Mittel etwa um den Faktor 10 größer sind als die aus anderen Vorkommen. Im Zuge der Remobilisation scheinen diese Zinnsteine Hf und Zr zu verlieren, wobei die Abnahme von Hf schneller erfolgt als die von Zr. Damit verbunden ist eine Abnahme des Hf/Zr-Verhältnisses. Daneben können diese beiden Elemente durch Wechselwirkungen zwischen hydrothermalen Lösungen und dem Nebengestein in den Lösungen angereichert werden, wobei keine Veränderung im Hf/Zr-Verhältnis zu beobachten ist. Der Einbau von W in das Kassiteritgitter scheint begrenzt zu werden. Aus dem Verhalten von Zinnsteinen aus verschiedenen Sn-Provinzen in W/Sn-W/Ta-Variationsdiagrammen lassen sich vom Lagerstättentyp abhängige Sättigungsgrenzen für den W-Gehalt in Kassiterit ablesen. Daraus kann geschlossen werden, daß der Einbau von W nicht allein durch kristallchemische Parameter kontrolliert wird. Es wird vermutet, daß die W-Grenzgehalte hauptsächlich durch die unterschiedliche Löslichkeit von Wolframit in der jeweiligen erzbringenden fluiden Phase gekennzeichnet sind. Aus dem Verhalten aller untersuchten bolivianischen Lagerstätten kann geschlossen werden, daß die physikalisch-chemischen Prozesse, die unabhängig vom geologischen Alter zur Erzbildung geführt haben, entscheidende Bedeutung für die Spureneiementverteilung haben. Aufgrund der geochemischen Beobachtungen lassen sich diese Lagerstätten in zwei Gruppen unterteilen, die sich grundlegend in der Art der erzbringenden fluiden Phase unterscheiden.thesisDFG, SUB Göttinge

REY Patterns and Their Natural Anomalies in Waters and Brines: The Correlation of Gd and Y Anomalies

Rare earths and yttrium (REY) distribution patterns of the hydrosphere reveal systematic correlations of Gd and Y anomalies besides the non-correlated redox-dependent Ce and Eu anomalies. Eu anomalies are inherited by dissolution of feldspars in igneous rocks, whereas Ce, Gd and Y anomalies develop in aqueous systems in contact with minerals and amorphous matter. Natural, positive Gd and Y anomalies in REY patterns characterize high-salinity fluids from the Dead Sea, Israel/Jordan, the Great Salt Lake, USA, the Aral Sea, Kazakhstan/Uzbekistan, ground- and surface water worldwide. Extreme Gd anomalies mostly originate from anthropogenic sources. The correlation of Gd and Y anomalies at low temperature in water bodies differ from geothermal ones. In nature, dynamic systems prevail in which either solids settle in water columns or water moves through permeable sediments or sedimentary rocks. In both cases, the anomalies in water develop due to repeated equilibration with solid matter. Thus, these anomalies provide information about the hydrological history of seawater, fresh groundwater and continental brines. When migrating, the interaction of aqueous phases with mineral surfaces leads to increasing anomalies because the more hydrophillic Gd and Y preferentially remain in the aqueous phase compared to their nearest neighbors. The correlation coefficients between Gd and Y anomalies in groundwater is 0.5–0.9. In lakes and oceans, it is about 0.1–0.8, under anomalous conditions it can increase to 1