Varved lake sediments as archives for high-resolution millennial-long climate reconstructions: from sedimentation processes to paleoclimatology - Two case studies from the Northern Swiss Alps and North-eastern Poland
Autor: | Amann, Benjamin |
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Přispěvatelé: | Amann, Benjamin, Oeschger Centre for Climate Change Research (OCCR), University of Bern, Martin Grosjean |
Jazyk: | angličtina |
Rok vydání: | 2014 |
Předmět: | |
Zdroj: | Global Changes. University of Bern, 2014. English |
Popis: | The recent warming of the global climate is well recognized. Many of the observed changes are unprecedented over decades to millennia. This conclusion could be drawn because an increasingnumber of paleoclimate time series with the detail needed, have and are being developed.At the same time, it is also recognized that further advances in this field of research are stilllimited by the scarcity of well calibrated and quantified time series of reconstructed variables fromnatural paleoclimate archives that cover the last Millennium. For instance, the interaction betweentemperature and precipitation, and its influence on the flood properties remain an open question.For this thesis, two lakes were investigated for their potential as paleoclimate archives: Proglacial Lake Oeschinen in the Bernese Alps that contains clastic varves Glacial Lake Żabińskie in northeast Poland that contains biochemical varvesThe following three research questions were addressed: (i) Can we use information fromrapid surface scanning reflectance spectroscopy in the visible light range (VIS-RS) as a quantitativeproxy for the composition of lake sediments? (ii) Can we calibrate sediment proxy data and VIS-RSdata with climate variables in the instrumental period? (iii) Can we produce a 1000-year longquantitative climate reconstruction from sediment proxy data and VIS-RS data?Scanning VIS-RS methodology was explored on the biochemical varves of Lake Żabińskie andthe clastic varves of Lake Oeschinen. In Lake Żabińskie, the absorption trough centred at 660-670nm(RABD660;670) could be calibrated to the total concentration of chlorins (chlorophyll-a degradationproducts = {Pheophytin-a + Pyropheophytin-a}; r = 0.75, p< 0.01) as measured by High PerformanceLiquid Chromatography (HPLC). In Lake Oeschinen, mean 1stderivative VIS-RS spectra were calibratedto the proportions of calcite/siliciclastics (r = 0.96, p< 0.01) as measured by loss on ignition.The study from Lake Oeschinen revealed that varve thickness could be used as a quantitativepredictor for cumulative alpine warm-season precipitation (rMJ = 0.71, rMJJA = 0.60, pc< 0.01; AD 1901-2008). This calibration model was used to produce a record of precipitation and flood frequency backto AD 884. Beyond answering research question (ii) and (iii), this millennial-long record enabledassessing the relationship between temperature, precipitation and floods over the past 1000 years.In the study of Lake Żabińskie, multivariate statistics were performed on a multi-proxy dataset of sedimentary pigments and other biochemical proxies. Results showed the recent lakeeutrophication could be quantitatively discriminated from climate-driven changes for the period AD1907-2008. Sedimentary pigments related to chlorophyll-a (Chl-a and degradation products) werenot affected by the eutrophication-based processes, but responded to spring March-to-Maytemperature (r = 0.63, pc< 0.05). This suggested that sediment photopigments from Lake Żabińskiecan be used for a climate reconstruction. Le réchauffement global de la planète est aujourd’hui reconnu et sans précédent sur uneéchelle de temps décennale à millénaire. Cette conclusion a pu être formulée grâce notamment aurecours à des données climatiques sur le passé de très bonne qualité, qui ont été et sont encoreproduites. Dans le même temps, il est de plus en plus admis que de nouvelles avancées dans cedomaine de la Recherche restent restreintes par la rareté des variables climatiques couvrant les 1000dernières années et produites de manière quantitative à partir d’archives naturelles du paléoclimat.Pour exemple, l’interaction entre les températures et précipitations, ainsi que leur influencemutuelle sur les propriétés et le contrôle des crues restent à examiner.À travers ce projet de doctorat, deux lacs ont été sélectionnés pour l’étude du paléoclimat: Lac d’Oeschinen, un lac d’altitude des Alpes Suisses qui présente des varves de type clastique Lac Żabińskie, au Nord-est de la Pologne qui présente des varves de type biogéochimiqueNous avons adressé les trois questions de recherche suivantes: (i) est-il possible d’utiliser laspectroscopie à lecture optique (VIS-RS; 380-730nm) afin de déterminer de manière quantitative lacomposition des sédiments lacustres? (ii) Peut-on calibrer les données proxy et VIS-RS de cessédiments avec les données climatiques pour la période instrumentale, et cibler le proxy à utiliserpour reconstruire le climat passé? (iii) Peut-on produire un jeu de données climatiques, à partir desinformations proxy et VIS-RS, qui soit quantitatif et couvrant les 1000 dernières années?Les résultats obtenus à partir de la spectroscopie à lecture optique sur les varves ont révéléque cette technique est un outil solide à la caractérisation d’éléments spécifiques (quantité etcomposition). Pour le lac Żabińskie, la bande d’absorption VIS-RS à 660-670 nm a pu être étalonnéeaux concentrations en Chlorins (produits de dégradation de la chlorophylle-a = {Phéophytine-a +Pyrophéophytine-a}; r = 0.75, p< 0.01) mesurées par Chromatographie en phase Liquide à HautePerformance (CLHP). Pour le Lac d’Oeschinen, la dérivée première du spectre VIS-RS a pu êtreétalonnée aux proportions en calcite/siliciclastics (r = 0.96, p< 0.01) mesurées par perte au feu.L’enregistrement varvé du Lac d’Oeschinen a été utilisé pour reconstruire les précipitationsd’été (Mai à Août) et reconstituer l’évolution de la fréquence des crues pour le Nord-ouest des Alpesjusqu’en 884 (rvarve thickness;MJJA = 0.60, pc< 0.01; AD 1901-2008). Au-delà d’avoir répondu aux questionsde recherche (ii) et (iii), cet enregistrement nous a également permis d’étudier les relations qui lienttempérature, précipitation et fréquence de crue à travers ce millénaire.Nous avons réalisé une étude statistique multi-variée à partir de pigments et autres proxybiochimiques des sédiments du lac Żabińskie afin de séparer quantitativement le signal climatique dusignal d’eutrophisation pour la période 1907-2008. Plus particulièrement, les données pigmentairesrelatives à la chlorophylle-a (matière première et produits de dégradation) ont montré unecorrélation significative avec les températures printanières (Mars à Mai, r = 0.63, pc< 0.05). À des finsde perspectives, ces résultats peuvent servir à reconstruire le climat en Pologne |
Databáze: | OpenAIRE |
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