Michael Zech Mario Tuthorn, Roland Zech, Wolfgang Zech, Bruno Glaser

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Frank Beltz
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1 Rekonstruktion des Spätglazialen und Holozänen Indischen Sommer-Monsuns mittels 18 O-Isotopen-Untersuchungen an Hochgebirgs-Seesedimenten im Helambu Himal, Nepal. Michael Zech Mario Tuthorn, Roland Zech, Wolfgang Zech, Bruno Glaser Abteilung Bodenphysik & Lehrstuhl für Geomorphologie, Universität Bayreuth Bodenbiogeochemie, Martin-Luther-Universität Halle-Wittenberg 1

Michael Zech Mario Tuthorn, Roland Zech, Wolfgang Zech, Bruno Glaser Abteilung Bodenphysik &

2 d 18 O als Klimaproxy O 18 O H H H H 16 O 99.76% 18 O 0.2% Breitengrad-Effekt / Kontinentalitäts-Effekt Höhen-Effekt Mengen-Effekt Source-Effekt d 18 O > 0 d 18 O < 0 2

3 d 18 O als Klimaproxy Temperatur-Effekt (Araguas, 2000) Anwendungen: H 2 O CaCO 3 SiO 2 Zellul se Eisbohr-Kerne Stalagmiten, Foraminiferen, Ostrakoden Diatomeen Baumringen 3

4 Thompson et al Eisbohr-Kerne Chronologie problematisch 4

5 Seesedimente: 18 O an Ostracoden 14 C-Reservoir-Effekt Ostracoden-Häufigkeit High Himalaya and Tibetan Plateau are still missing a well-dated and highresolution 18 O record for the Late Glacial Herausforderung in der Hochgebirgsforschung! Mischke et al. (2010) Liu et al. (2007) 5

missing a well-dated and highresolution 18 O record for the Late

6 Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal 6

7 Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal 7

8 Depth (cm) core N2g core N2f core N2e core N2d core N2c core N2b core N2a 0 TOC (%) sediment core N C-ages (cal a BP) ± ± ± ± 160 Early Holocene ± ± ± ± 76 Younger Dryas Bølling/ Allerød 14 C-ages (cal a BP) ± TOC (%) sediment core N1 Deglaciation 8

± 160 Early Holocene 400 11349 ± 89 12788 ± 73 14369 ± 290 11311 ± 76 Younger Dryas Bølling/

9 18 O an aquatischer (Hemi-)Zellulose von Seesedimenten? aquatic (hemi-)cellulose TC/EA CO H 2 IRMS Sediment Probe m/z 28 C 16 O m/z 30 C 18 O Probleme: Extraktion, Aufreinigung, Hygroskopie 9

10 Entwicklung einer neuen 18 O Methode (Zech and Glaser, RCM) GC-Py-IRMS Gas Chromatography Pyrolysis Isotope Ratio Mass Spectrometry cellulose, hemicellulose, lignin, clay minerals, minerals etc. Bulk soil/sediment/ wood sample hydrolysis purification Monosaccharides glucose, arabinose, xylose derivatives derivatisation injection CO GC Py IRMS H (1) Arabinose, (2) Xylose 10

hemicellulose, lignin, clay minerals, minerals etc.

11 Isotopen-Analytik gekoppelt mit Biomarker-Analytik 11

12 Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) d 18 O xylose ( ) Interpretation? ± 69 Höhen-Effekt 4597 ± 130 Source-Effekt Temperatur-Éffekt Mengen-Effect ± Evaporative 18 O-enrichement 9930 ± 160 Early Holocene ± ± ± ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation TOC (%) d 18 O fucose ( ) 12

13 westerlies Indian Summer Monsoon 13

14 14

15 Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) d 18 O xylose ( ) Interpretation? ± 69 Höhen-Effekt 4597 ± 130 Source-Effekt Temperatur-Éffekt Mengen-Effect ± Evaporative 18 O-enrichement 9930 ± 160 Early Holocene ± ± ± ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation TOC (%) d 18 O fucose ( ) 15

16 Tian et al

17 Panch Pokhari See, 4050 m ü.nn, Helambu Himal, Nepal Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) d 18 O xylose ( ) Interpretation? ± 69 Höhen-Effekt Temperatur-Éffekt ± 130 Source-Effekt 7081 Mengen-Effect ± 118 Evaporative 18 O-enrichement 9930 ± 160 Variabilität des Indischen Summer Monsuns Early Holocene ± ± ± ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation TOC (%) d 18 O fucose ( ) 17

18 Indian Summer Monsoon East Asian Summer Monsoon North Atlantic climate system Teleconnections 18

Rekonstruktion des Spätglazialen und Holozänen Indischen Sommer-Monsuns mittels 18 O-Isotopen-Untersuchungen an Hochgebirgs-Seesedimenten im Helambu Himal, Nepal.

19 Rekonstruktion des Spätglazialen und Holozänen Indischen Sommer-Monsuns mittels 18 O-Isotopen-Untersuchungen an Hochgebirgs-Seesedimenten im Helambu Himal, Nepal. Zusammenfassung: Die Panch Pokhari Seesedimente sind ein wertvolles Spätglaziales und Frühholozänes Klimaarchiv GC-Py-IRMS d 18 O-Analysen von Zucker Biomarkern in Seesedimenten sind ein neues viel versprechendes Werkzeug in der Paläoklima-Forschung Die Panch Pokhari 18 O Klimakurve spiegelt im Wesentlichen die Variabilität des Indischen Sommer-Monsuns wider Besten Dank für Ihre Aufmerksamkeit! 19

Zusammenfassung: Die Panch Pokhari Seesedimente sind ein wertvolles Spätglaziales und Frühholozänes Klimaarchiv GC-Py-IRMS d 18 O-Analysen

20 20

21 Depth (cm) 0 14C-ages in (cal a BP) d 18 O arabinose ( ) d 18 O xylose ( ) dd C ± ± ± ± 160 Early Holocene ± ± ± ± 424 Younger Dryas Bølling/ Allerød Deglaciation TOC (%) d 18 O fucose ( ) dd C dd C31 21

$, 2011, Organic Geochemistry) Absence of oxygen isotope fractionation$

22 Absence of oxygen exchange reactions (Zech et al., 2011, Organic Geochemistry) Absence of oxygen isotope fractionation during litter decomposition? 22

23 Second application: Climate sensitivity of our 18 O-proxy? 23

24 Nukleophiler Angriff eines Zucker-O-Atoms an der Lewis-Säure MBA (Pizer and Tihal, 1992). 24

25 Silylierungsreaktion mit BSTFA. Im Falle der Derivatisierung von Zuckern ist Y = O-Zucker und greift in einer nukleophilen Substitution erster Ordnung am sauerstoffgebundenen Silizium von BSTFA an (Little, 1999) 25

26 26

27 27

28 Absence of oxygen exchange reactions (Zech et al., 2011, Organic Geochemistry) 18 O water hydrolysis with 18 O water tab water 18 O water tab water then tab water Myo-Inositol 28

29 29

30 30

$Erste Anwendung Absence of oxygen isotope fractionation/exchange of (hemi-)$

31 Erste Anwendung Absence of oxygen isotope fractionation/exchange of (hemi-) cellulose-derived sugars during litter decomposition (resubmitted to Organic Geochemistry) 31

32 Tumara palaeosol sequence Zech et al., Characterisation and palaeoclimate of a loess-like permafrost palaeosol sequence in NE Siberia, Geoderma 143, pp

33 Höhe (m ü. NN) Höhe (m ü. NN) Altitude Effect on Mt. Kilimanjaro D/H Niederschlag d 18 O Niederschlag dd Werte [ ] d 18 O Werte [ ] 33

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