Lake Qinghai, China [Elektronische Ressource] : a multi-proxy investigation on sediment cores for the reconstructions of paleoclimate and paleoenvironment since the marine isotope stage 3 / von Junqing Yu

Jun Q Yu

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• Publié par: technischen_universitat_darmstadt
• Publié le: 01 janvier 2006
• Nombre de lectures: 18
• Langue: Deutsch
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Extrait

Lake Qinghai, China: A multi-proxy investigation on sediment cores
for the reconstructions of paleoclimate and paleoenvironment
since the Marine Isotope Stage 3








Dem Fachbereich Material- und Geowissenschaften
der Technischen Universität Darmstadt
genehmigte Dissertation

zum Erlangen des akademischen Grades eines
Doktors der Naturwissenschaften
(Dr. rer. nat.)






von
JunQing YU

Darmstadt









Referent: Prof. Dr. rer. nat. Stephan Kempe
Korreferent: Prof. Dr. rer. nat. Matthias Hinderer
Tag der Einreichung: 29.11.2005
Tag der mündlichen Prüfung: 21.12.2005




Darmstadt 2005
D17
Kurzfassung
Kurzfassung
Der Qinghai-See (auch bekannt als Koko Nor), das größte stehende Gewässer Chinas,
liegt in der Nordostecke des Tibet-Qinghai Plateaus auf einer Höhe von 3193,7 m ü. NN.
Er liegt in einem abflussloses Becken und hat eine Fläche von ungefähr 4437 km² und eine
maximalen Tiefe von 26,5 m im Zentrum (gemessen im Jahr 1985). Das Einzugsgebiet des
Sees ist etwa siebenmal so groß wie seine Oberfläche. Aufgrund des kalten und semiariden
Klimas mit jährlichen Niederschlägen von 310-390 mm und einer jährlichen Verdunstung
von 1460 mm ist das große Einzugsgebiet fast baumlos und größtenteils von
Steppenvegetation bedeckt. Die Messungen aus den letzten 50 Jahren zeigen, dass der der
Gesamtlösungsinhalt zwischen 12-14 g/l lag und sich der pH zwischen 9.1 und
9.4.bewegte. Karbonatminerale wie Aragonit und Calcit fallen heute direkt aus dem
brackischen, alkalischen und karbonatübersättigten Wasser aus. Der sommerliche
Niederschlag im Einzugsgebiet ist ein wichtiger Steuerungsfaktor für Änderungen des
Seespiegels und der Wasserchemie. Weil der See heute am Rand des Monsungürtels liegt,
wurden Klimaschwankungen, insbesondere Fluktuationen des Monsunregens,
hochauflösend im Sedimentarchiv des Sees dokumentiert.
Die signifikante Reaktion des Tibet-Qinghai Plateaus auf den Einfluss globaler
Zirkulationsmuster und des asiatischen Monsuns gab den Anstoß für die Untersuchung
hochauflösender Paläoklimasignale in den Sedimentkernen des Qinghai-Sees. 1985
wurden während einer Geländekampagne mehr als 300 km hochauflösender seismischer
Profile zur Untersuchung der Sedimentstrukturen im Seeuntergrund aufgenommen. Einige
5-6 m lange Sedimentkerne wurden mit einem Kullenberg-Zylinder-Kerngerät aus den 3
Beckenzentren entnommen. 1987 wurde ein 26 m langer Kern aus der Mitte des östlichen
Teilbeckens erbohrt. Auf die Laboruntersuchungen der Sedimentkerne wurde ein
Multi-Proxy-Ansatz angewandt, der lithologische, geochemische, paläobotanische,
mineralogische und geophysikalische Parameter sowie die Untersuchung stabiler Isotope
14umfasste. Das Alter der Sedimente wurde mit C-AMS-Datierungen an Pflanzenresten
210und an den jüngsten Sedimenten mit Pb-Messungen bestimmt.
Diese Arbeit berichtet über neue Ergebnisse, die nach 1991 an zwei qualitativ
hochwertigen Kernen, Q14B und Q16C, und an dem 26 m langen Bohrkern gewonnen
wurden.. Das Ziel ist es, Paläoumweltdaten einer klimatischen Schlüssellokation als
Beitrag zu PAGES (Past Gloabal Changes), dem Paläoklima-Kernprojekt von IGBP
(International Geosphere-Biosphere Programme), für die Zeit seit dem seit dem Marinen
Isotopenstadium 3 (MIS 3) beizusteuern. Ergebnisse und Schlussfolgerungen basieren auf
den langjährigen Arbeiten des Autors und seinen Untersuchungen in den letzten 20 Jahren
zur Paläoumwelt- und Paläoklimageschichte des Qinghai-Sees. Ein Teil der Ergebnisse
wurden bereits publiziert, so Kapitel 5 im internationalen „Journal of Palaeolimnology“ 28:
195-206, 2002, und in der europäischen Zeitschrift „GEOLINES“ 11: 38-41, 2000. Kapitel
6 und Kapitel 7 werden als separate Artikel bei den internationalen Zeitschriften „Chemical
Geology“ beziehungsweise „Quaternary Science Reviews“ eingereicht werden.
Ein Forschungsschwerpunkt der Dissertation war die mineralogische Untersuchung
der postglazialen Karbonatabfolgen, mit welchen eine detaillierte
Karbonatmineral-Stratigraphie aufgestellt werden konnte. Die Ergebnisse zeigen, dass die
Variationen der Wasserchemie nicht nur eine Funktion des Seespiegels ist. Änderungen in
iKurzfassung
der Karbonatmineral-Zusammensetzung alleine oder in Kombination mit einer merklichen
Änderung des Karbonatgehalts sind Folgen von Änderungen des Wasserhaushaltes und der
Klimabedingngen. Dazu zählen die Intensität des Monsunregens und/oder der
sommerlichen Verdunstung. Eine 13 cm mächtige Kalk-Dolomit-Schicht wurde unter
14karbonatischen Playa-Bedingungen um ~10,3-10 ka C BP gebildet. Die
Dolomit-Ablagerung zeigt eine starke negative Wasserbilanz des Playa-Sees in dieser Zeit
an, die die Folge erhöhter sommerlicher Verdunstung ist, verstärkt durch andere kinetische
Faktoren wie ein Mg/Ca-Verhältnis um 12 und in Zersetzung befindlichem organischen
Material als Katalysator. Die postglaziale Karbonatsedimentation durchlief fünf
Hauptphasen, von denen jede eine Periode eines bestimmten
Niederschlags-Verdunstungs-Gleichgewichts repräsentiert. Die andauernde und
2+vorherrschende Fällung von Aragonit resultierte in einer Anreicherung von Mg und einer
2+Abreicherung an Ca und so zum graduellen Anstieg des Mg/Ca-Verhältnisses im
Seewasser von ~12 am Beginn des Holozäns bis zu einem Gewichtsverhältnis von 82 im
Jahre 1961.
Die Untersuchungen der stabilen Isotope in den kalkhaltigen Ablagerungen des großen
13 18Sees im Rahmen der Arbeit zeigt, dass der Trend der δ C- δ O Kovariante ein hilfreiches
Werkzeug für die Rekonstruktion der paläohydrologischen Geschichte des lakustrinen
Beckens ist. Diese Studie lieferte neue Daten, die zeigen, wie wichtig eine sorgfältige
Auswahl der Karbonatproben für Isotopenuntersuchungen ist. Die Isotopenverhältnisse
mancher primärer Karbonate, die in abflusslosen See-Becken gebildet werden, wie
13 18Aragonit-Laminae, unterliegen nicht dem Trend der δ C- δ O Kovariantion. Proben von
13primärem Dolomit zeigen die negativsten δ C-Werte und die Isotopenverhältnisse des
Dolomits weichen vom Trend der Kovariantion ab. Trotzdem reflektieren weder die
Isotopenverhältnisse der Aragonit-Laminae, die saisonale Oberflächenwasser-Ereignisse
repräsentieren, noch die des primären Dolomits, die die Isotopeninformation einer mehrere
hundert Jahre umfassenden Zeitspanne repräsentieren, eine Störung im Trend der
13 18δ C- δ O Kovariantion, des wesentlichen Isotopenmerkmals eines abflusslosen
See-Beckens.
Ergebnisse eines seismischen Profils (Profil 1) und des 26 m langen Bohrkerns vom
14östlichen Teilbecken zeigen, dass der Qinghai-See sich um ca. 68,7 ka C BP rasch
14vergrößerte, worauf bis etwa 28,8 ka C BP feuchte, jedoch nicht vollglaziale
Bedingungen herrschten. Die größte Ausdehnung des Sees war damals viel kleiner als im
Holozän. Die Sedimente, die während dieser Periode gebildet wurden, zeigen eine
Offlap-Abfolge, die auf ein generelles Schrumpfen des Sees bis zum Letzten Glazialen
Maximum (LGM) hinweist. Die äolischen, löss-ähnlichen, sandigen Ablagerungen und die
seismischen Daten weisen auf sehr kalte und aride Bedingungen im LGM (~28,8-18,3 ka
14C BP) hin. Der 25 m lange Bohrkern im zentralen östlichen Becken enthielt keine
Moränenablagerungen und deutet damit an, dass weder im MIS 3 noch im MIS 2 ein
Gletschervorstoß in zentrale Teile des See-Beckens stattfand. Die Klimabedingungen
während des MIS 3 waren nach dem Qinghai-See-Archiv wärmer als während des MIS 2,
aber eindeutig kälter als im Holozän. Das, verglichen mit dem MIS 2, feuchtere Klima
während des MIS 3 begünstigte deshalb nur einen regionalen Gletschervorstoß im
nördlichen Tibet-Qinghai-Plateau.
Die Rekonstruktion des Seespiegels und des Paläoklimas am
iiKurzfassung
Spätglazial-Holozän-Übergang schloss einen möglichen starken Schmelzwasserzufluss in
den Qinghai-See aus. Das ist ein weiterer Hinweis auf einen geringen regionalen
Gletschervorstoß während des LGM wegen des sehr ariden Klimas in der Region. Die
Flachwasser-Bedingungen mit geringerer Karbonat-Produktion und geringerer organischer
14Produktivität deuten darauf hin, dass das Klima vor 11,6 ka C BP viel kälter und
trockener war als während des Holozäns. Der saisonale Zufluss von sedimentreichem
14Wasser stieg vor ~11,6 ka C BP abrupt an und signalisiert damit einen höheren
Niederschlag im Einzugsgebiet. Die Entwicklung eines karbonatischen Playa-Sees
14zwischen ~10,7 und 10 ka C BP deutete auf das Fortbestehen einer negativen
14Wasserbilanz hin. Das Ende der Karbonat-Playa um ~10 ka C BP war die Folge stärkeren
Niederschlags und ein deutlicher Anstieg der organischen Produkti