Paleoenvironmental changes in the Black Sea region during the last 26,000 years : a multi-proxy study of lacustrine sediments from the western Black Sea

Autor: Kwiecien, Olga
Jazyk: angličtina
Rok vydání: 2008
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Druh dokumentu: Text.Thesis.Doctoral
Popis: Paleoenvironmental records provide ample information on the Late Quaternary climatic evolution. Due to the great diversity of continental mid-latitude environments the synthetic picture of the past mid-latitudinal climate changes is, however, far from being complete. Owing to its significant size and landlocked setting the Black Sea constitutes a perfect location to study patterns and mechanisms of climate change along the continental interior of Central and Eastern Europe and Asia Minor. Presently, the southern drainage area of the Black Sea is characterized by a Mediterranean-type climate while the northern drainage is under the influence of Central and Northern European climate. During the Last Glacial a decrease in the global sea level disconnected the Black Sea from the Mediterranean Sea transforming it into a giant closed lake. At that time atmospheric precipitation and related with it river run-off were the most important factors driving sediment supply and water chemistry of the Black ‘Lake’. Therefore studying properties of the Black Sea sediments provides important information on the interactions and development of the Mediterranean and Central and North European climate in the past. One significant outcome of my thesis is an improved chronostraphigraphical framework for the glacial lacustrine unit of the Black Sea sediment cores, which allowed to refine the environmental history of the Black Sea region and enabled a reliable correlation with data from other marine and terrestrial archives. Data gathered along a N-S transect presented on a common time scale revealed coherent changes in the basin and its surrounding. During the glacial, the southward-shifted Polar Front reduced moisture transport to the northern drainage of the Black Sea and let the southern drainage become dominant in freshwater and sediment supply into the basin. Changes in NW Anatolian precipitation reconstructed from the variability of the terrigenous input imply that during the glacial the regional rainfall variability was strongly influenced by Mediterranean sea surface temperatures and decreased in response to the cooling associated with the North Atlantic Heinrich Events H1 and H2. In contrast to regional precipitation changes, the hydrological properties of the Black Sea remained relatively stable under full glacial conditions. First significant modification in the freshwater/sediment sources reconstructed from changes in the sediment composition, lithology, and 18O of ostracods took place at around 16.4 cal ka BP, simultaneous to the early deglacial northward retreat of the oceanic and atmospheric polar fronts. Meltwater pulses, most probably derived from the disintegrating European ice sheets, changed the isotopic composition of the Black Sea and increased the supply from northern sediment sources. While these changes signalized a mitigation of the Northern European and Mediterranean climate, a decisive increase in local temperature was indicated only later at the transition from the Oldest Dryas to the Bølling around 14.6 cal ka BP. At that time the warming of the Black Sea surface initiated massive phytoplankton blooms, which in turn, induced the precipitation of inorganic carbonates. This biologically triggered process significantly changed the water chemistry and was recorded by simultaneous shifts in the elemental composition of ostracod shells and in the isotopic composition of the inorganically-precipitated carbonates. Starting with the B/A warming and continuing through the YD cold interval and the Early Holocene warming, the Black Sea temperature signal corresponds to the precipitation and temperature changes recorded in the wider Mediterranean region. Early Holocene conditions, similar to those of the Bølling/Allerød, were punctured by the marine inflow from the Mediterranean at ~ 9.3 cal ka BP, which terminated the lacustrine phase of the Black Sea and had a substantial impact on the chemical and physical properties of its water.
Aus Paläoumweltdaten lassen sich detaillierte Informationen über die spätquartäre Klimaentwicklung gewinnen. Für die kontinentalen mittleren Breiten ist das Gesamtbild der Klimaänderungen während dieses Zeitraumes aufgrund seiner Vielfältigkeit allerdings noch immer unvollständig. Eine ideale Loka-tion, das Muster und die Mechanismen der Klimaänderungen in Osteuropa und Kleinasien zu untersu-chen, ist das Schwarze Meer mit seiner bedeutenden Größe und seiner kontinentalen Lage. Gegenwärtig ist das südliche Einzugsgebiet des Schwarzen Meeres durch ein mediterranes Klima ge-prägt, während die nördlichen Regionen von zentral- bzw. nordeuropäischem Klima beeinflusst werden. Als im letzten Glazial der Meeresspiegel so stark sank, dass das Schwarze Meer vom Mittelmeer abge-trennt und zu einem großen, abflusslosen See wurde, waren der atmosphärische Niederschlag und der damit verbundene Abfluss die wesentlichen Steuerfaktoren für Sedimenteintrag und Wasserchemie des Schwarzen „Sees“. Deshalb liefert die Untersuchung der Sedimente des Schwarzen Meeres wichtige Informationen über die früheren Zusammenhänge sowie die Entwicklung von mediterranem und zentral- bzw. nordeuropäischem Klima. Das bedeutsamste Ergebnis meiner Doktorarbeit ist ein verbessertes Altersmodell für Sedimentkerne aus dem westlichen Schwarzen Meer; dieses erlaubt eine genauere Rekonstruktion der Entwicklungsge-schichte dieses Binnenmeeres und seiner Umgebung und ermöglicht einen fundierten Vergleich mit an-deren marinen und terrestrischen Archiven. Daten, die entlang eines N-S Transektes im westlichen Be-reich des Schwarzen Meeres erfasst wurden und auf einer gemeinsamen Zeitskala dargestellt werden, lassen die folgenden zusammenhängenden Entwicklungen im Becken und seiner Umgebung erkennen: Während des Glazials war der Feuchtigkeitstransport zum nördlichen Einzugsgebiet des Schwarzen Meeres aufgrund der südwärts verlagerten Polarfront vermindert, so dass Süßwasser und Sedimente vor-rangig aus dem südlichen Einzugsgebiet in das Becken gelangten. Die Rekonstruktion von Nieder-schlagsänderungen mit Hilfe von Schwankungen des terrigenen Eintrags zeigt, dass der regionale Nie-derschlag im Glazial stark von den Wasseroberflächentemperaturen des Mittelmeeres beeinflusst wurde und als Folge der Abkühlung während der nordatlantischen Heinrich-Ereignisse H1 und H2 abnahm. Im Gegensatz dazu blieb das Schwarze Meer während des Hochglazials hydrologisch relativ stabil. Die Sedimentzusammensetzung, Lithologie und δ18O-Werte von Ostracoden zeigen, dass erste signifi-kante Änderungen im Frischwasser- und Sedimenteintrag zeitgleich mit dem frühglazialen nordwärtigen Rückzug der ozeanischen und atmosphärischen Polarfronten um 16.4 cal ka BP auftraten. Der Schmelz-wassereintrag abschmelzender europäischer Eisflächen veränderte die Isotopenzusammensetzung des Wassers und erhöhte die Sedimentzufuhr aus den nördlichen Quellen. Während diese Änderungen auf ein bereits milderes Klima in Nordeuropa und im Mittelmeerraum hin-deuten, zeigt sich ein Anstieg der lokalen Temperaturen erst während des Übergangs von der Älteren Dryas zum Bølling/Allerød um etwa 14.6 cal. ka BP. Zu diesem Zeitpunkt führte ein wahrscheinlicher Anstieg der Wasseroberflächentemperaturen im Schwarzen Meer zu einem massiven Phytoplankton-wachstum, welcher die Ausfällung anorganischen Karbonats zur Folge hatte. Dieser biologisch ausgelös-te Prozess veränderte maßgeblich die Wasserchemie und spiegelt sich in simultanen Veränderungen der Elementzusammensetzung von Ostracoden und der Isotopenzusammensetzung von anorganisch ausge-fälltem Karbonat wieder. Beginnend mit dem Bølling/Allerød, durch die Jüngere Dryas Kälteperiode und die frühholozäne Erwärmung hindurch, deckt sich das Temperatursignal des Schwarzen Meeres mit den Niederschlags- und Temperaturänderungen des weiteren Mittelmeerraumes. Das Frühholozän war, ähnlich wie das Bølling/Allerød, durch das Einströmen salzhaltigen Meerwassers aus dem Mittelmeer gekennzeichnet (~9.5 cal. ka BP), welches die lakustrine Phase des Schwarzen Mee-res beendete und einen erheblichen Einfluss auf seine chemischen und physikalischen Wassereigen-schaften ausübte.
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